磁性強誘電体におけるエレクトロマグノンの強励起現象と光機能の理論的探索

• 研究課題/領域番号: 25870169
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ; 物性Ⅰ
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 望月 維人 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (80450419)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 磁性強誘電体 / エレクトロマグノン / 電気磁気結合 / マルチフェロイックス / キラル磁性体 / 非相反方向二色性 / 磁気カイラル効果 / スキルミオン / 磁気スキルミオン / カイラル磁性体 / マイクロ波素子

研究成果の概要

絶縁性キラル磁性体Cu2OSeO3の磁性相において、エレクトロマグノンに由来するマイクロ波の巨大方向二色性を理論的に予言し、実験グループとの共同研究で、それを実証した。また、この物質の薄膜試料に探針電極で電場を印加することで、磁化反転を起し、スキルミオンを書き込めることを示した。また、世界で2例目となる絶縁性スキルミオン物質GaV4S8を発見し、そこで実現するスキルミオンがネール型スキルミオンであることを明らかにした。さらに、エレクトロマグノン励起を発現する典型的なスパイラル磁性強誘電体TbMnO3の磁場誘起強誘電分極フロップの物理機構を解明し、この現象が決定論的に起こることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Microwave Magnetochiral Effect in Cu2OSeO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.197203
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetoelectric domain control in multiferroic TbMnO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Matsubara, T. Kimura et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 348 号: 6239 ページ: 1112-1115
  • DOI: 10.1126/science.1260561
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] スキルミオンを作る・消す・動かす (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 雑誌名: 日本磁気学会報「まぐね」 巻: 10 ページ: 192-198
• [雑誌論文] Writing a skyrmion on multiferroic materials (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki and Y. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Neel-type skyrmion lattice with confined orientation in the polar magnetic semiconductor GaV4S8 (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Kezsmarki, S. Bordács, P. Milde, E. Neuber, L. M. Eng, J. S. White, H. M. Ronnow, C. D. Dewhurst, M. Mochizuki, K. Yanai, H. Nakamura, D. Ehlers, V. Tsurkan, A. Loidl
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 14 号: 11 ページ: 1116-1122
  • DOI: 10.1038/nmat4402
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Creation of Skyrmions by Electric Field on Chiral-Lattice Magnetic Insulators (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: 1 号: 1
  • DOI: 10.1002/aelm.201500180
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamical magnetoelectric phenomena of multiferroic skyrmions (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki, S. Seki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 27 号: 50 ページ: 503001-503024
  • DOI: 10.1088/0953-8984/27/50/503001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theory of Magnetic-Field-Induced Polarization Flop in Spin-Spiral Multiferroics (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.224412
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 磁気スキルミオンのダイナミクスとデバイス機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 雑誌名: (公社)日本磁気学会第205回研究会資料 巻: 205 ページ: 39-44
• [雑誌論文] スパイラル磁性強誘電体TbMnO3におけるマルチフェロイックドメインの外場応答 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松原正和，望月維人，木村剛
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 51 ページ: 173-185
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 磁気スキルミオンが示す特異な熱励起・電流誘起ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人、永長直人
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 49 ページ: 125-135
  • NAID: 40020030192
• [雑誌論文] 絶縁体中の磁気スキルミオン相が示す電気磁気ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人、関真一郎
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 69 ページ: 132-139
• [雑誌論文] Thermally Driven Ratchet Motion of Skyrmion Microcrystal and Topological Magnon Hall Effect (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki, X. Z. Yu, S. Seki, N. Kanazawa, W. Koshibae, J. Zang, M. Mostovoy, Y. Tokura, and N. Nagaosa
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 13 号: 3 ページ: 241-246
  • DOI: 10.1038/nmat3862
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave magnetoelectric effect via skyrmion resonance modes in a helimagnetic multiferroic (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Okamura, M. Kawasaki, Y. Tokura (9/9)
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 2391-2391
  • DOI: 10.1038/ncomms3391
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Iwasak, M. Mochizuki and N. Nagaosa
  • 雑誌名: Nature. Nanotech. 巻: 8 号: 10 ページ: 742-747
  • DOI: 10.1038/nnano.2013.176
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 絶縁性キラル磁性体薄膜への電場によるスキルミオン書き込みの理論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 望月維人、渡邉芳雄
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 磁気スキルミオンが示す特異なダイナミクスの理論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 第55回化合物新磁性材料専門研究会「トポロジカルなスピンテクスチャの可視化とダイナミクス」
  • 発表場所: 東京大学浅野キャンパス情報基盤センター
  • 年月日: 2016-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamical phenomena of magnetic skyrmions (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 学会等名: RIKEN CEMS Discussion Meeting ``Topological Phenomena in Noncentrosymmetric Magnets"
  • 発表場所: 理化学研究所, 埼玉県和光市
  • 年月日: 2016-01-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 磁気スキルミオンのダイナミクスとデバイス機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 日本磁気学会第205回研究会/第56回スピンエレクトロニクス専門研究会（共催）
  • 発表場所: 中央大学駿河台記念館
  • 年月日: 2015-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] Dyamics of magnetic skyrmions in multiferroics (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 学会等名: EMN (Energy Materials and Nanotechnology) Hong Kong Meeting
  • 発表場所: Eaton Hotel, Kowloon, Hong Kong
  • 年月日: 2015-12-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スパイラル磁性強誘電体TbMnO3における磁場誘起分極フロップの理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 絶縁キラル磁性体Cu2OSeO3におけるマイクロ波磁気カイラル効果の理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] スパイラル磁性強誘電体TbMnO3における電場磁場ドメイン制御の実空間観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松原正和、Sebastian Manz、望月維人、井山彩人、木村剛、Manfred Fiebig
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 熱勾配によるスキルミオンのラチェット回転とトポロジカルマグノンホール効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人、于秀珍、関真一郎、金澤直也、小椎八重航、J. Zang、M. Mostovoy、十倉好紀、永長直人
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] マルチフェロイックスにおける電荷・スピン・格子結合と熱揺らぎの物理 (2015)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 豊田理化学研究所特定課題研究「巨大負熱膨張材料を用いた革新的熱膨張制御技術の開発」第3回研究会
  • 発表場所: 東京工業大学田町キャンパス
  • 年月日: 2015-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of Skyrmions in Chiral-Lattice Magnets (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 学会等名: International Workshop on "Topological structures in ferroic materials"
  • 発表場所: University of New South Wales (UNSW), Sydney, Australia
  • 年月日: 2015-05-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermally Driven Ratchet Motion of a Skyrmion Microcrystal and Topological Magnon Hall Effect (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 学会等名: 59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2014)
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village, Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-08
  • 招待講演
• [学会発表] Current-Driven Dynamics of Magnetic Skyrmions in Chiral-Lattice Magnets (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 学会等名: Japan-Swiss Joint Workshop ``Trends in Theory of Correlated Materials"
  • 発表場所: Aoyama Gakuin University, Tokyo
  • 年月日: 2014-10-06 – 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] Magnon Current-Driven Dynamics of Magnetic Skyrmions in Chiral-Lattice Magnets (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES 2014)
  • 発表場所: Grenoble France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] 高いデバイス機能を有するナノスケールトポロジカル磁気テクスチャの理論設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 日本学術振興会「産業応用をめざした新物質機能の設計と実証」に関する研究開発専門委員会「電気と磁気に関する物性研究、現在・過去・未来」
  • 発表場所: 東京大学山上会館(初日)およびお茶の水セントヒルズホテル(二日目)
  • 年月日: 2014-05-17 – 2014-05-18
  • 招待講演
• [学会発表] Current-driven dynamics of skyrmions (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: Workshop on Current-Driven Magnetisation Dynamics
  • 発表場所: Weetwood Hall Conference Centre, Leeds UK
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical Studies on Dynamical Phenomena of Magnetic Skyrmions (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 2014 American Physical Society (APS) March Meeting
  • 発表場所: Denver, Colorado USA
  • 招待講演
• [学会発表] マルチフェロイックMnペロブスカイトの電気磁気現象に関する理論研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Thermally Driven Ratchet Motion of Skyrmion Microcrystal and Topological Magnon Hall Effect (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki, X. Z. Yu, S. Seki, N. Kanazawa, W. Koshibae, J. Zang, M. Mostovoy, Y. Tokura, N. Nagaosa
  • 学会等名: 2014 American Physical Society (APS) March Meeting
  • 発表場所: Denver, Colorado USA
• [学会発表] Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Iwasaki, M. Mochizuki, N. Nagaosa
  • 学会等名: 2014 American Physical Society (APS) March Meeting
  • 発表場所: Denver, Colorado USA
• [学会発表] 高いデバイス機能を有するナノスケールトポロジカル磁気テクスチャの理論設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 科学技術振興機構 さきがけ研究「ナノエレ領域」第一回領域会議
  • 発表場所: 高知県土佐ロイヤルホテル
• [学会発表] Theory of dynamical magnetoelectric phenomena in multiferroics with noncollinear spin structures (2013)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) Workshop on Multiferroics
  • 発表場所: Singapore, Nanyang Technological University
  • 招待講演
• [学会発表] 最近のスキルミオン研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 望月維人
  • 学会等名: 3回強相関電子系理論の最前線 若手によるオープン・イノベーション
  • 発表場所: 和歌山県勝浦町, 勝浦観光ホテル
  • 招待講演
• [学会発表] スキルミオン結晶の電磁場活性スピン波モードと干渉効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 望月維人、関真一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
• [学会発表] 制限されたサンプル形状におけるスキルミオンの電流駆動ダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩崎惇一、望月維人、永長直人
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
• [図書] Topological Structures in Ferroic Materials: Domain Walls, Skyrmions and Vortices (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Mochizuki, 他３０名
  • 総ページ数: 238
  • 出版者: Springer
• [図書] Skyrmions in Magnetic Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Seki, M. Mochizuki
  • 総ページ数: 69
  • 出版者: Springer
• [備考] 多自由度相関系の理論物性物理学, 青山学院大学理工学部物理・数理学科 望月維人研究室のホームページ
  • URL: http://www.phys.aoyama.ac.jp/~mochizuki/index.html
• [備考] 青山学院大学理工学部物理・数理学科望月研究室
  • URL: http://www.phys.aoyama.ac.jp/~mochizuki/index.html
• [備考] 理化学研究所RIKEN Research Highlights
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/7739/
• [備考] 理化学研究所プレスリリース キラル磁性体中の「スキルミオン」が示す回転現象を発見
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140127_1/
• [備考] 理化学研究所プレスリリース 新しい高密度・低消費電力デバイスの実現に前進
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2013/20130909_2/
• [備考] 東京大学工学部プレスリリース 「スキルミオン」を利用したマイクロ波整流効果を発見
  • URL: http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2013/2013090201.html
• [産業財産権] スキルミオンによるマイクロ波整流機構 (2013)
  • 発明者名: 岡村嘉大、賀川史敬、望月維人、十倉好紀、ほか
  • 権利者名: 岡村嘉大、賀川史敬、望月維人、十倉好紀、ほか
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-240064
  • 出願年月日: 2013-11-20