遍歴磁性体におけるカイラル磁気秩序相の起源解明と特異な磁気・非相反伝導の探求

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13488
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 速水 賢 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20776546)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 遍歴磁性体 / カイラル磁性体 / 磁気スキルミオン / 磁気伝導現象 / 多重Q磁気秩序 / スピン軌道相互作用 / 磁気異方性 / 非線形伝導現象

研究実績の概要

局在スピンと遍歴電子からなる遍歴電子系においては、それらの間に生じる交換相互作用に起因して多彩な磁性が現れる。本研究の目的は、これら遍歴電子系から生じる磁性の中から、カイラルな磁気構造をもつ磁性体に焦点を当て、その安定化メカニズムの解明、およびそれらが示す特異な磁気伝導現象や非線形・非相反現象を理論的に開拓することである。特に、磁気異方性や格子構造、遍歴電子のフェルミ面といった多様な要素が、カイラル磁性体の安定性および物性にもたらす影響を系統的に調べることで統一的な知見を得ることを目指した。研究期間を通じて得られた主な研究成果を以下に示す。
(1) スピン軌道相互作用をもつ近藤格子模型におけるネール型およびブロッホ型スキルミオンの安定化機構の解明、(2) 大規模数値シミュレーションを用いることによる、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の解明、(3) 磁性体中の不純物欠陥が誘起する磁気渦の発見、(4) d-p混成軌道模型におけるカイラルストライプ相の発見、(5) 磁気スキルミオン相および磁気バブル相のもとで生じる非線形伝導現象、(6) カイラルな結晶構造のもとで現れる磁気ヘッジホッグ相の安定化起源の解明、(7) 異方的な相互作用をもつ遍歴磁性体における多重Q磁気秩序状態の基底状態相図作成、(8) 空間反転対称性を有する系において発現する磁気スキルミオン相がもつ渦度の縮退に関する理論構築、(9) 磁気スキルミオン相を示すGdRu2Si2における電荷密度波の理論解析、(10) 正方格子型の磁気スキルミオンの発現機構の解明、(11) 三角格子遍歴磁性体におけるボンド型の磁気異方性がもたらすトポロジカル磁性相の発見、(12) 磁気スキルミオン相を示すGd3Ru4Al12に対する有効模型の構築、(13) 磁気バブル相を示すCeAuSb2における磁気伝導現象。

研究成果

• [国際共同研究] ロスアラモス国立研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ロスアラモス国立研究所
• [雑誌論文] Square skyrmion crystal in centrosymmetric itinerant magnets (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayami Satoru、Motome Yukitoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 024439-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.024439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noncoplanar multiple-Q spin textures by itinerant frustration: Effects of single-ion anisotropy and bond-dependent anisotropy (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayami Satoru、Motome Yukitoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 054422-1-36
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.054422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanometric skyrmion lattice from anisotropic exchange interactions in a centrosymmetric host (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirschberger Max、Hayami Satoru、Tokura Yoshinori
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 23 ページ: 023039-1-7
  • DOI: 10.1088/1367-2630/abdef9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin-texture-driven electrical transport in multi-Q antiferromagnets (2021)
  • 著者名/発表者名: Seo Soonbeom、Hayami Satoru、Su Ying、Thomas Sean M.、Ronning Filip、Bauer Eric D.、Thompson Joe D.、Lin Shi-Zeng、Rosa Priscila F. S.
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 4 ページ: 58-1-8
  • DOI: 10.1038/s42005-021-00558-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ミクロな多極子による電子物性の表現論 (その4) (2021)
  • 著者名/発表者名: 速水 賢，八城 愛美，柳 有起，楠瀬 博明
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 56 ページ: 1-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic hedgehog lattices in noncentrosymmetric metals (2020)
  • 著者名/発表者名: Okumura Shun、Hayami Satoru、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 144416-1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.144416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous antisymmetric spin splitting in noncollinear antiferromagnets without spin-orbit coupling (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayami Satoru、Yanagi Yuki、Kusunose Hiroaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 220403(R)-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.220403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonreciprocal magnons due to symmetric anisotropic exchange interaction in honeycomb antiferromagnets (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Takuya、Hayami Satoru
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 224419-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.224419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple-Q magnetism by anisotropic bilinear-biquadratic interactions in momentum space (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayami Satoru
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 513 ページ: 167181-1-11
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Hall effect in κ-type organic antiferromagnets (2020)
  • 著者名/発表者名: Naka Makoto、Hayami Satoru、Kusunose Hiroaki、Yanagi Yuki、Motome Yukitoshi、Seo Hitoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 075112-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.075112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degeneracy Lifting of Neel, Bloch, and Anti-Skyrmion Crystals in Centrosymmetric Tetragonal Systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayami Satoru、Yambe Ryota
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 103702-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.103702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete Multipole Basis Set for Single-Centered Electron Systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Kusunose Hiroaki、Oiwa Rikuto、Hayami Satoru
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 104704-1-10
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.104704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bottom-up design of spin-split and reshaped electronic band structures in antiferromagnets without spin-orbit coupling: Procedure on the basis of augmented multipoles (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayami Satoru、Yanagi Yuki、Kusunose Hiroaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 144441-1-24
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.144441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasui Yuuki、Butler Christopher J.、Khanh Nguyen Duy、Hayami Satoru、Nomoto Takuya、Hanaguri Tetsuo、Motome Yukitoshi、Arita Ryotaro、Arima Taka-hisa、Tokura Yoshinori、Seki Shinichiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 5925-1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19751-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NQR and NMR spectra in the odd-parity multipole material CeCoSi (2020)
  • 著者名/発表者名: Yatsushiro Megumi、Hayami Satoru
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 195147-1-17
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.195147
  • 査読あり
• [雑誌論文] ミクロな多極子による電子物性の表現論 (その3) (2020)
  • 著者名/発表者名: 速水 賢，八城 愛美，柳 有起，楠瀬 博明
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 55 ページ: 379-396
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微視的多極子の一般化と秩序および交差相関物性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 楠瀬 博明，速水 賢
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 55 ページ: 523-534
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Yasui, Christopher Butler, Khanh Nguyen, Satoru Hayami, Takuya Nomoto, Tetsuo Hanaguri, Yukitoshi Motome, Ryotaro Arita, Taka-hisa Arima, Yoshinori Tokura, and Shinichiro Seki
  • 学会等名: APS March Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Theoretical study of odd-parity multipole orders in CeCoSi (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Yatsushiro and S. Hayami
  • 学会等名: APS March Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 反転中心を持たない磁性体におけるクラスター磁気トロイダル多極子による非相反マグノン励起 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本拓哉, 速水 賢
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] イリジウム酸化物Ca5Ir3O12の105 K相転移における秩序変数 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長谷川巧, 花手洋樹, 河野翔也, 松平和之, 筒井智嗣, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 非弾性X線散乱によるCa5Ir3O12の105 Kにおける隠れた秩序の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 花手洋樹, 河野翔也, 松平和之, 長谷川巧, 筒井智嗣, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 幾何学的フラストレート系イリジウム酸化物Ca5Ir3O12における105Kの隠れた相転移と電流誘起物性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松平和之, 花手洋樹, 中村和磨, 河野翔也, 林田桃佳, 長谷川巧, 筒井智嗣, 速水 賢
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 反転対称性をもつ金属磁性体に現れる磁気ヘッジホッグ格子 (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥村 駿, 速水 賢, 加藤 康之, 求 幸年
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 磁気四極子秩序下における隠れたスピン-軌道結合 (2021)
  • 著者名/発表者名: 速水賢, 楠瀬博明
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 磁性体中における多極子の分類論 (2021)
  • 著者名/発表者名: 八城愛美, 楠瀬博明, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 多重Q磁気秩序相のスピン波励起 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 康之, 速水 賢, 求 幸年
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 磁気異方性に起因した遍歴磁性体スキルミオン結晶の新しい安定化機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山家椋太, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Atomic-scale augmented multipoles (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Hayami
  • 学会等名: Recent Developments on Multipole Moments in Quantum Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CeCoSiの奇パリティ多極子秩序下におけるNMRスペクトルの理論的研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 八城愛美, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 第一原理計算を用いたパイロクロア酸化物Cd2Re2O7におけるスピン軌道結合現象の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安田寛徳, 加藤 康之, 速水 賢, 求 幸年
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 磁気スキルミオン物質GdRu2Si2における電子状態変調と磁気構造の関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安井勇気, Christopher J. Butler, Nguyen D. Khanh, 速水賢, 野本拓也, 花栗哲郎, 求幸年, 有田亮太郎, 有馬孝尚, 十倉好紀, 関真一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] ジグザグ鎖上の電気・磁気的な奇パリティ多極子に由来した非線形電気伝導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 八城愛美, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 磁性金属中の磁気ヘッジホッグ格子が示す磁場誘起トポロジカル転移 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥村 駿, 速水 賢, 加藤 康之, 求 幸年
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 遍歴磁性体における異方的なスピン電荷結合が誘起するスキルミオン結晶 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山家椋太, 速水賢
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://hayami-lab.t.u-tokyo.ac.jp/