| 研究課題/領域番号 |
18J21985
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
廣澤 智紀 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | マグノン / フロケ理論 / トポロジカル絶縁体 |
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| 研究実績の概要 |
近年トポロジーの概念により、固体中の電子の性質を理解しようとする試みが盛んに行われている。その成果としてこれまでにない新たな電子相が見つかっている。例えばトポロジカル絶縁体はバルク中でバンドギャップを持つが、表面上では対称性に守られたエッジ流が流れるという興味深い性質を示す。トポロジカルな性質を持つのは電子系だけでない。スピンを運ぶボソン準粒子である磁性体中のマグノンでも同様の議論がなされている。
トポロジカルマグノン絶縁体におけるエッジ流は、散逸されにくいという性質からスピントロニクスへの応用が期待されている。一方、マグノンは常に正のエネルギーを持つため、トポロジカルな性質を持つバンドも高エネルギー領域にある場合が多い。本研究の目的は、マグノン系にフロケエンジニアリングを適用することでその問題を解決することである。フロケエンジニアリングとは、高い振動数を持つレーザー光などの外場と結合させることでより応用上望ましい性質を得るという手法である。
本年度は強いジャロシンスキー・守谷相互作用を持つ二次元強磁性体について研究を始めた。特に一定の磁場下でスカーミオンからなる周期的な磁気構造をつくる系に着目し、スカーミオン格子におけるフロケマグノンについて調べている。まず古典モンテカルロ法によって、静磁場下での磁気相図について先行研究と一致する結果を得た。次に得られた系についてマグノンハミルトニアンを構成し、そのバンド構造とトポロジカルな性質について計算した。その結果として、低エネルギーではトポロジカルに自明な性質を持つバンドしか得ることができなかった。これは先行研究でも指摘されている。以上の予備研究をもとにフロケエンジニアリングを用いることで、強磁性体中のスカーミオン格子であっても低エネルギーでトポロジカルなマグノン励起を得ることを目的として研究を行っている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は主に静磁場下でのスカーミオン格子の性質を調べた。その研究にあたり、古典モンテカルロ法やランダウ＝リフシッツ＝ギルバート方程式の数値シミュレーションなど、古典スピン系を取り扱う基礎的な手法を身に着けることができた。その上、対象とする系をスカーミオン格子に決めたことで、実験的に見つかっている物質をもとにレーザー場との相互作用の形を得ることができた。今後の研究でフロケマグノンを構成するにあたり必要な準備を行うことができたと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ランダウ＝リフシッツ＝ギルバート方程式の数値シミュレーションによって、レーザー場をスカーミオン格子に加えた際の古典スピンの動的振る舞いを調べる。この結果をもとに周期的に振動する古典スピンの定常状態を得る。得られた定常状態をもとに、時間に依存するマグノンのハミルトニアンを構成した後に、フロケ展開によってそのバンド構造、トポロジカルな性質を調べる。特に古典スピンの定常状態を外場によって操作することで、マグノンの性質を制御できるかどうかを調べる。
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