| 研究課題/領域番号 |
20H01866
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
佐藤 拓朗 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (60803749)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | スキルミオン / ノイズ測定 / ノードロック共鳴 / 非平衡 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、近年精力的に研究が行われている磁気スキルミオンを対象にして、平衡状態から電流駆動下の非平衡状態へと探索の舞台を拡張することで、新奇スキルミオン相の開拓を目指すものである。今年度は、申請者のこれまでの研究から明らかになっていた、電流駆動されたスキルミオンが形成する動的結晶相に焦点を当て、非平衡相固有のモードロック共鳴と呼ばれる干渉効果の観測を行った。
スキルミオンに一定の直流電流を印加すると、上述のようにスキルミオンの並進運動が駆動され、ある閾電流以上では動的固体相が形成される。この状態では、運動するスキルミオン格子が不純物ポテンシャルと相互作用することで駆動速度が周期的に変調され、電圧ノイズ上で狭帯域雑音と呼ばれるピーク構造が生まれる。すなわち、スキルミオン格子の運動に起因して、電流の直流成分から交流成分が生じたとみなすことができる。次に、直流電流に重畳させて、交流電流を印加した場合を考えてみる。この場合、スキルミオン運動によって生じた交流成分と、新たに印加した交流電流との間の非自明な干渉効果が生じ得る。これがモードロック共鳴と呼ばれる現象である。今年度は、代表的なスキルミオン形成物質MnSiを用いて直流・交流電流下のノイズ測定を行い、モードロック共鳴を実験的に初めて実証した。共鳴時には、スキルミオン速度が交流電流の周波数によって固定され、直流電流に依存しなくなるとともに、運動のコヒーレンスが増大する様子が確認され、モードロック共鳴の基本的帰結を同定することに成功した。
また、得られた実験結果は、古典的な剛体球モデルによって良く記述できることが明らかになり、これまで定性的にしか捉えられていなかったスキルミオン運動を、より微視的に理解するために基盤が確立したと考えられる。
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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
MnSiにおけるモードロック共鳴は、理論的な示唆があったにも関わらず、実験的な難しさから、過去全く研究されていなかった。このような状況の中、高精度な電圧雑音測定系を構築することで、交流電流の有無によるスキルミオン運動の変化を高い分解能で検出することに成功し、モードロック共鳴の理論予測を強く支持する質の高い実験結果が得られた。以上の点を踏まえ、当初の計画通り、順調に研究が進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の結果は、電流によってスキルミオン集団が織りなす新たな非平衡状態を見出すものであったが、電流でスキルミオン相そのものが変化したわけではない。そこで今後は、電流を用いて、スキルミオン相そのものを別の磁気相へと変換することを目指す。これまでの研究の蓄積から、収束イオンビームを用いたデバイス加工技術を駆使して試料界面などの条件をコントロールすることで、電流駆動されたスキルミオン相の安定度が制御できる可能性がある。この点に着目し、電流を用いた磁気相変換という新たな分野構築を目指す。
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