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2021 年度 実績報告書

反転対称性の破れた磁性体における非相反マグノンの研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H01834
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 卓  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70354214)

研究分担者 那波 和宏  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10723215)
木村 尚次郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20379316)
速水 賢  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20776546)
奥山 大輔  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30525390)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード中性子散乱 / マグノン / 非相反 / 反転対称性の破れ
研究実績の概要

本研究は反転対称性が破れた磁性体に予想されるマグノンの非相反伝播(順方向伝播と逆方向伝播の不等価性)の確認、並びにその外場制御の可能性の探索を最終目標にしている。研究計画はi)非相反マグノン物質群の微視的機構解明、ii)新非相反マグノン物質の探索と発見、iii)マグノン分散に対する電場等の外場効果の確認からなっている。2021年度はi), ii), iii)のそれぞれについて以下の研究を行った。
iおよびii) 初年度、および2021年度における探索および合成研究の結果見出された新候補物質Cu2(MoO4)(SeO3)に関して、中性子回折および単結晶中性子非弾性散乱を行った。この結果、この物質が確かに擬一次元物質であること、一方、弱い三次元性により低温で磁気秩序すること等が明らかとなった。さらに非弾性散乱からはスピンハミルトニアンパラメータが推定された。これらの結果は現在論文として投稿準備中である。(協力者Piyawongwattanaおよび分担者那波との共同研究)
iii) 理論的な進展として磁気点群の多極子による整理とその輸送現象分類が完成した(分担者速水)。新たな原理による非相反マグノンの可能性の探索も進んでいる。実験的には a-cu2V2O7において、磁気転移に伴う臨界的な磁気電気結合が観測された(協力者 Piyawongwattana 分担者木村らとの共同研究)これらの研究により非相反マグノン物質群の微視的な理解が大きく進んだ。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (46件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (25件) (うち国際共著 2件、 査読あり 25件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 6件、 招待講演 5件) 図書 (4件)

  • [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      ANSTO
  • [国際共同研究] オークリッジ国立研究所(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      オークリッジ国立研究所
  • [国際共同研究] マヒドン大学(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      マヒドン大学
  • [雑誌論文] Optical selection rules of the magnetic excitation in the S=1/2 one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCo2V2O82022

    • 著者名/発表者名
      Kimura Shojiro、Onishi Hiroaki、Okutani Akira、Akaki Mitsuru、Narumi Yasuo、Hagiwara Masayuki、Okunishi Kouichi、Kindo Koichi、He Zhangzhen、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 014417 (1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.014417

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancement of the Magnetoelectric Effect Using the Dynamic Jahn-Teller Effect in a Transition-Metal Complex2022

    • 著者名/発表者名
      Otsuki Yasunao、Kimura Shojiro、Awaji Satoshi、Nakano Motohiro
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 ページ: 117601 (1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.128.117601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Essential model parameters for nonreciprocal magnons in multisublattice systems2022

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Matsumoto Takuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 014404(1-14)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.014404

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skyrmion crystal and spiral phases in centrosymmetric bilayer magnets with staggered Dzyaloshinskii-Moriya interaction2022

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 014408(1-13)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.014408

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of antisymmetric spin polarization in centrosymmetric multiple-Q magnets based on effective chiral bilinear and biquadratic spin cross products2022

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 024413(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.024413

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple Skyrmion Crystal Phases by Itinerant Frustration in Centrosymmetric Tetragonal Magnets2022

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 ページ: 023705(1-5)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.91.023705

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skyrmion crystals in centrosymmetric triangular magnets under hexagonal and trigonal single-ion anisotropy2022

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 553 ページ: 169220(1-13)

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2022.169220

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Helicity locking of a square skyrmion crystal in a centrosymmetric lattice system without vertical mirror symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Yambe Ryota
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 104428(1-14)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.104428

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic structure study of the sawtooth chain antiferromagnet Fe2Se2O2021

    • 著者名/発表者名
      Nawa Kazuhiro、Avdeev Maxim、Berdonosov Peter、Sobolev Alexey、Presniakov Igor、Aslandukova Alena、Kozlyakova Ekaterina、Vasiliev Alexander、Shchetinin Igor、Sato Taku J.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 24049(1-9)

    • DOI

      10.1038/s41598-021-03058-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Strongly Electron-Correlated Semimetal RuI<sub>3</sub> with a Layered Honeycomb Structure2021

    • 著者名/発表者名
      Nawa Kazuhiro、Imai Yoshinori、Yamaji Youhei、Fujihara Hideyuki、Yamada Wakana、Takahashi Ryotaro、Hiraoka Takumi、Hagihala Masato、Torii Shuki、Aoyama Takuya、Ohashi Takamasa、Shimizu Yasuhiro、Gotou Hirotada、Itoh Masayuki、Ohgushi Kenya、Sato Taku J.
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 123703(1-5)

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.123703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological spin crystals by itinerant frustration2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 33 ページ: 443001(1-31)

    • DOI

      10.1088/1361-648X/ac1a30

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First Observation of Superlattice Reflections in the Hidden Order at 105 K of Spin?Orbit Coupled Iridium Oxide Ca<sub>5</sub>Ir<sub>3</sub>O<sub>12</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Hanate Hiroki、Hasegawa Takumi、Hayami Satoru、Tsutsui Satoshi、Kawano Shoya、Matsuhira Kazuyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 063702(1-5)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.063702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Essential role of the anisotropic magnetic dipole in the anomalous Hall effect2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Kusunose Hiroaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 ページ: L180407(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.103.L180407

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skyrmion crystals in centrosymmetric itinerant magnets without horizontal mirror plane2021

    • 著者名/発表者名
      Yambe Ryota、Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 11184(1-8)

    • DOI

      10.1038/s41598-021-90308-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field-Direction Sensitive Skyrmion Crystals in Cubic Chiral Systems: Implication to 4<i>f</i>-Electron Compound EuPtSi2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Yambe Ryota
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 073705(1-5)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.073705

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-plane magnetic field-induced skyrmion crystal in frustrated magnets with easy-plane anisotropy2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 ページ: 224418(1-8)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.103.224418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-orbital-momentum locking under odd-parity magnetic quadrupole ordering2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Kusunose Hiroaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 045117(1-16)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.045117

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multipole classification in 122 magnetic point groups for unified understanding of multiferroic responses and transport phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      Yatsushiro Megumi、Kusunose Hiroaki、Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 054412(1-41)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.054412

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Meron-antimeron crystals in noncentrosymmetric itinerant magnets on a triangular lattice2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Yambe Ryota
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 094425(1-11)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.094425

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge density waves in multiple-Q spin states2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 144404(1-14)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.144404

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonreciprocal magnon excitations by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction on the basis of bond magnetic toroidal multipoles2021

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Takuya、Hayami Satoru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 134420(1-15)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.134420

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-driven transition from skyrmion to bubble crystals in centrosymmetric itinerant magnets2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 23 ページ: 113032(1-10)

    • DOI

      10.1088/1367-2630/ac3683

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase shift in skyrmion crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Okubo Tsuyoshi、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 6927(1-6)

    • DOI

      10.1038/s41467-021-27083-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Locking of skyrmion cores on a centrosymmetric discrete lattice: Onsite versus offsite2021

    • 著者名/発表者名
      Hayami Satoru、Yambe Ryota
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 ページ: 043158(1-10)

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.043158

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin excitation spectra in helimagnetic states: Proper-screw, cycloid, vortex-crystal, and hedgehog lattices2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Yasuyuki、Hayami Satoru、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 224405(1-21)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.224405

    • 査読あり
  • [学会発表] Skyrmion crystals in centrosymmetric magnets2022

    • 著者名/発表者名
      S. Hayami
    • 学会等名
      Young Leaders Workshop: Emerging Quantum Spintronics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonreciprocal and toplogical magnetic excitations2021

    • 著者名/発表者名
      Taku J Sato
    • 学会等名
      PACIFICHEM 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetic structure of the sawtooth chain antiferromagnet Fe2Se2O72021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Nawa, Maxim Avdeev, Peter Berdonosov, Alexey Sobolev, Igor Presniakov, Alena Aslandukova, Ekaterina Kozlyakova, Alexander Vasiliev, Igor Shchetinin, Taku J Sato
    • 学会等名
      日本中性子科学会第21回年会
  • [学会発表] 量子三角格子磁性体Ba3Yb(BO3)3の単結晶育成および結晶場2021

    • 著者名/発表者名
      松坂信之介, 那波和宏, 奥山大輔, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本中性子科学会第21回年会
  • [学会発表] 中性子非弾性散乱による S=1 スピンダイマー物質 K2NiMo2O8 の磁気励起研究2021

    • 著者名/発表者名
      村崎遼, 那波和宏, 古府麻衣子, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本中性子科学会第21回年会
  • [学会発表] Magnetic Excitation of Cu2(MoO4)(SeO3)2021

    • 著者名/発表者名
      Pharit Piyawongwatthana, Maiko Kofu, Kazuhiro Nawa, Daisuke Okuyama, Taku J Sato
    • 学会等名
      日本中性子科学会第21回年会
  • [学会発表] Neutron diffraction study for the magnetic ordering in YbNiSn single crystal2021

    • 著者名/発表者名
      H. C. Wu, D. Okuyama, K. Nawa, A. Nakamura, D. Aoki, T. J. Sato
    • 学会等名
      日本中性子科学会第21回年会
  • [学会発表] S=1スピンダイマー物質K2NiMo2O8の中性子非弾性散乱実験による磁気励起測定2021

    • 著者名/発表者名
      村﨑遼, 那波和宏, 古府麻衣子, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] 反転対称性の破れたフェリ磁性体LiFe5O8の低エネルギースピン波励起2021

    • 著者名/発表者名
      柴田将弥, 那波和宏, 村﨑遼, 伊藤晋一, 植田大地, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] パイロクロア格子反強磁性体Na3Co(CO3)2Clの結晶場励起2021

    • 著者名/発表者名
      那波和宏, 村﨑遼, 伊藤晋一, 齋藤開, Clarina R Dela Cruz, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] Magnetic properties and magnetic structure of the quasi one-dimensional antiferromagnet Cu2(MoO4)(SeO3)2021

    • 著者名/発表者名
      Pharit Piyawongwatthana, Kazuhiro Nawa, Stuart A Calder, Daisuke Okuyama, Taku J Sato
    • 学会等名
      XXV General Assembly and Congress of the International Union of Crystallography
    • 国際学会
  • [学会発表] Bottom-up design of momentum-dependent spin-split band structures in spin-orbit-coupling free antiferromagnets2021

    • 著者名/発表者名
      S. Hayami
    • 学会等名
      New Trends in Quantum Condensed Matter Theory 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Classification of atomic-scale multipoles under magnetic point groups and application to multiferroic phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      S. Hayami
    • 学会等名
      The 12th APCTP Workshop on Multiferroics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanisms of square and triangular skyrmion crystals2021

    • 著者名/発表者名
      S. Hayami
    • 学会等名
      International Conference on Frustration, Topology, and Spin Textures
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 固体物理57(3)2022

    • 著者名/発表者名
      速水賢, 八城愛美, 柳有起, 楠瀬博明
    • 総ページ数
      21
    • 出版者
      株式会社アグネ技術センター
  • [図書] 固体物理56(4)2021

    • 著者名/発表者名
      速水賢, 八城愛美, 柳有起, 楠瀬博明
    • 総ページ数
      18
    • 出版者
      株式会社アグネ技術センター
  • [図書] 固体物理56(7)2021

    • 著者名/発表者名
      速水賢, 八城愛美, 柳有起, 楠瀬博明
    • 総ページ数
      21
    • 出版者
      株式会社アグネ技術センター
  • [図書] 固体物理56(10)2021

    • 著者名/発表者名
      速水賢, 八城愛美, 柳有起, 楠瀬博明
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      株式会社アグネ技術センター

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公開日: 2022-12-28  

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