固体中におけるモノポール場の発現とそのダイナミクス

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05456
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 金澤 直也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10734593)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: トポロジー / 強相関電子系 / 物性実験 / キラル磁性体 / モノポール / スピンエレクトロニクス

研究実績の概要

ヘッジホッグと呼ばれる3次元トポロジカルスピン構造を実現し、実空間におけるベリー位相の効果から、固体中に実効的なモノポール場を創成する。また、モノポール場に起因した電磁気応答を観測することが本研究の目的である。特にモノポール場の動的特性に注目し、固有の物性を探索・制御し、特有の機能創出へ繋げる。
昨年度までに、ヘッジホッグ格子磁気構造の直接観測、モノポール場のダイナミクスに由来した電気伝導や弾性特性の異常な振舞いの検出、モノポール流の存在の理論的予測、元素ドーピングによる一連の関連物質の合成によるトポロジカルな磁気構造の発現条件の提唱といった本研究計画の大枠を達成できた。
その結果を踏まえ本年度は、モノポール場の制御とダイナミクスを利用した機能創成に取組んだ。具体的には磁気異方性を薄膜作製によって変調し、次元性の異なるトポロジカル磁気構造の形成することに成功した。特に中性子回折法によってその直接観測に成功し、強烈な動的特性を示すモノポールの対消滅過程を引き起こす磁場の大きさを磁気異方性によってコントロールできることを明らかにした。
さらに、対消滅過程に伴い大きな熱電効果が誘起される可能性を実験的に示し、熱エネルギー利用という機能開拓を提唱できた。
本研究課題において得られた結果は、学会発表や論文出版で情報発信でき、特に本年度掲載された論文は4報ある(内2報が今年度得られた成果、2報が昨年度得られた成果)。トポロジカルスピン構造を用いた創発電磁場の学理に新たな裾野を広げることが出来た。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Paul Scherrer Institut/Ecole polytechnique federale de Lausanne(Switzerland)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Paul Scherrer Institut/Ecole polytechnique federale de Lausanne
• [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(France)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Laue-Langevin
• [雑誌論文] Noncentrosymmetric Magnets Hosting Magnetic Skyrmions (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kanazawa, Shinichiro Seki, and Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/adma.201603227
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature and Magnetic Field Dependence of the Internal and Lattice Structures of Skyrmions by Off-Axis Electron Holography (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, A. Kovacs, N. S. Kiselev, N. Kanazawa, R. E. Dunin-Borkowski, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 ページ: 087202-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.087202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct observation of anisotropic magnetic field response of the spin helix in FeGe thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Kanazawa, J. S. White, H. M. Ronnow, C. D. Dewhurst, Y. Fujishiro, A. Tsukazaki, Y. Kozuka, M. Kawasaki, M. Ichikawa, F. Kagawa, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 184432-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.184432
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Local dynamics of topological magnetic defects in the itinerant helimagnet FeGe (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Dussaux, P. Schoenherr, K. Koumpouras, J. Chico, K. Chang, L. Lorenzelli, N. Kanazawa, Y. Tokura, M. Garst, A. Bergman, C. L. Degen, and D. Meier
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 12430-1-9
  • DOI: 10.1038/ncomms12430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Critical phenomena of emergent magnetic monopoles in a chiral magnet (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Kanazawa, Y. Nii, X. -X. Zhang, A. S. Mishchenko, G. De Filippis, F. Kagawa, Y. Iwasa, N. Nagaosa, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 11622-1-7
  • DOI: 10.1038/ncomms11622
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] MnGe薄膜におけるトポロジカルスピン構造への磁気異方性の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金澤直也, Jonathan White, Henrik Ronnow, Charles Dewhurst, 塚﨑敦, 小塚裕介, 川﨑雅司, 市川昌和, 賀川史敬, 十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府・豊中市)
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] Control of chiral magnetic states in B20-type compounds by tuning magnetic anisotropy (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kanazawa
  • 学会等名: The 37th REIMEI Workshop on Frontiers of Correlated Quantum Matters and Spintronics
  • 発表場所: iVil(茨城県・東海村)
  • 年月日: 2017-01-13 – 2017-01-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東京大学十倉研究室ホームページ中の個人ページ
  • URL: http://www.cmr.t.u-tokyo.ac.jp/members/kanazawa.shtml