| 研究課題/領域番号 |
18K13488
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
速水 賢 北海道大学, 理学研究院, 助教 (20776546)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | カイラル磁性体 / 遍歴磁性体 / スキルミオン / 磁気伝導現象 / 非相反伝導 / スピン軌道相互作用 / 磁気異方性 / ラッシュバスピン軌道相互作用 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、遍歴磁性体が示すカイラル磁気秩序相の安定化メカニズムの解明、およびそれに伴う磁気伝導現象・非相反現象を理論的に開拓することである。本年度においては、スピン軌道相互作用および磁気異方性を導入した二つの模型に対する大規模数値シミュレーションを行うことにより、以下の研究成果を得た。
(1) スピン軌道相互作用の効果を取り込んだ遍歴磁性体に対する解析：ここでは正方格子上におけるラッシュバ型のスピン軌道相互作用をもつ近藤格子模型に対して、局在スピンと遍歴電子スピン間にはたらく交換相互作用に関する摂動展開を行い、局在スピン間に生じる有効交換相互作用を導出することにより、有効スピン模型を構築した。得られた模型に対して、モンテカルロ計算を行うことにより、波数空間における異方的で対称的な交換相互作用および反対称的な交換相互作用が様々な磁気渦結晶相やスキルミオン結晶相の発現に重要な役割を果たしていることを明らかにした。特に、ラッシュバスピン軌道相互作用を有する磁性体模型において、従来のネール型スキルミオンが現れるだけではなく、ブロッホ型スキルミオンが発現する可能性を指摘した。
(2) 磁気異方性の効果を取り込んだ遍歴磁性体に対する解析：ここでは三角格子上において発現する、高いトポロジカル数をもつスキルミオン相に対する磁気異方性の効果を多項式展開ランジュバンダイナミクス法を用いて調べた。その結果、高いトポロジカル数をもつスキルミオン相は、従来のスキルミオン相と比べて、磁気異方性に対して堅牢であることを明らかにした。また、磁気異方性の中でも容易軸異方性と容易面異方性に対するスキルミオン相の安定性を調べ、異方性の強さを大きくしていくと、共線および非共面磁気構造へとトポロジカル転移を示すことを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の研究計画の通り、大規模数値シミュレーションと摂動計算による解析を行うことにより、スピン軌道相互作用および磁気異方性を導入した模型の構築とその磁気的性質を明らかにすることができたため。特にラッシュバ型のスピン軌道相互作用をもつ近藤格子模型に対して計算を行うことで、スピン軌道相互作用および磁気的な異方性を組み合わせることにより、従来のネール型のスキルミオン相だけではなく、ブロッホ型のスキルミオン相が現れるという、新しい結果を見出した。それに加えて、当初予定していた磁気渦相やスキルミオン相だけではなく、新しいタイプの非共面的な磁気構造を見出したことも理由の一つである。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、2018年度の研究を引き続き行いつつ、以下の点を推進する予定である。
(1) 磁気異方性を考慮した遍歴磁性体における典型的な基底状態相図の作成：2018年度に得られた有効スピン模型を用いて、基底状態においてどのようなスキルミオン結晶および他の非共面的な磁気構造が得られるかを調べる。特に正方格子や三角格子、立方格子などの典型的な格子構造を念頭においた解析を行うことにより、格子構造の違いがもたらす影響を明らかにする。
(2) カイラル磁性体が示す特異な磁気・非相反伝導現象の探求：スキルミオン相などのカイラル磁気秩序相に伴って発現する磁気・非相反伝導現象を調べる。格子系に対する線形応答理論を用いた数値的なアプローチと、準古典方程式を用いた解析的なアプローチを組み合わせる。スピン軌道相互作用の大きさや電子密度を可変パラメタに取ることで、カイラル磁気秩序相が示す磁気伝導現象の振る舞いを明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2018年度に、カイラル磁気秩序相の起源解明を行うための数値シミュレーションを実行し、その成果を国際会議にて発表する予定であったが、購入予定の並列計算機の調達が遅れたために、会議日程に間に合わなかったため。
一方で研究成果は得られたため、未使用額は今年度行われる国際会議の外国旅費に充てる。
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