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2022 年度 実績報告書

非相反フォノン流の巨大化とその逆効果の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20K03828
研究機関東北大学

研究代表者

新居 陽一  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80708488)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード非相反性 / マグノンフォノン結合 / 表面弾性波 / トポロジー
研究実績の概要

フォノンの非相反物性に関して、主に4つの成果を得た。
一つ目はフォノン分散に及ぼす対称性の破れの研究である。キラル磁性体MnSiに関してX線非弾性散乱と第一原理計算バンド計算を行ったところ、フォノン角運動量の符号に依存した、いわばラシュバ型分裂が生じていることを明らかにした。一方で低温で磁化が飽和する1T程度まで磁場を加えたがフォノンバンドの変化は認められず、磁化とフォノンの直接的な結合は観測限界以下の小さなものであることが分かった。
二つ目は表面弾性波による磁化の制御に関する研究である。表面音波(レイリー波)のもつフォノン角運動量を利用し、これを磁気弾性結合を介して強磁性体に転写することで磁化を選択的に制御できることを明らかにした。また磁化ダイナミクスの数値計算からも理論的にも磁化制御が可能なことを示した。
三つ目は巨大な磁気弾性結合を示すTb化合物に着目し、その基礎物性を調べた。量子スピン液体の可能性が指摘されているTb2Ti2O7を対象として、超音波や磁歪測定を行った結果、低温の四極子秩序温度よりずっと高温から軌道相関が存在していることを明らかにした。
四つ目はGHz領域におけるトポロジカルフォノニック結晶の実現である。圧電体LiNbO3表面上に微細な金属ピラー配列を作成することでGHz領域のトポロジカル表面音波状態を実現した。走査型マイクロ波顕微鏡によって、伝搬の周波数依存性を調べることで、バンドギャップの形成と、それに伴うトポロジカルエッジ状態の実現を実証した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Imaging an Acoustic Topological Edge Mode on a Patterned Substrate with Microwave Impedance Microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Nii Y.、Onose Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 19 ページ: 014001

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.19.014001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonreciprocal microwave response at room temperature in multiferroic Y-type hexaferrite BaSrCo2Fe11AlO222022

    • 著者名/発表者名
      Hirose Sakyo、Iguchi Yusuke、Nii Yoichi、Kimura Tsuyoshi、Onose Yoshinori
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 121 ページ: 222401~222401

    • DOI

      10.1063/5.0124283

    • 査読あり
  • [学会発表] 対称性の破れとトポロジー に起因したフォノン応答の開拓2023

    • 著者名/発表者名
      新居陽一
    • 学会等名
      金研研究会~強相関物質における創発物性研究の現状と将来展望~
    • 招待講演
  • [学会発表] Topological transport of GHz surface acoustic wave2023

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Nii, Yoshinori Onose
    • 学会等名
      META 2023, the 13th international conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonreciprocal phenomena and its inverse effect in noncentrosymmetric magnets2023

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Nii
    • 学会等名
      Trends in Topological Materials Science and beyond
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 走査型マイクロ波顕微鏡を用いた トポロジカル表面弾性波の観測2022

    • 著者名/発表者名
      新居陽一、小野瀬佳文
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
  • [学会発表] バレーフォノニック結晶における GHzトポロジカル表面弾性波の直接観測2022

    • 著者名/発表者名
      新居陽一、小野瀬佳文
    • 学会等名
      第143回東北大学金属材料研究所講演会
  • [学会発表] 音波の整流効果とトポロジカル機能2022

    • 著者名/発表者名
      新居陽一
    • 学会等名
      メタマテリアル第187回委員会研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 空間反転対称性の破れた磁性体における非相反輸送現象とその逆効果2022

    • 著者名/発表者名
      新居陽一
    • 学会等名
      第4回強磁場コラボラトリーオンラインセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 表面弾性波を用いた トポロジカルフォノニクスと 磁気弾性応答2022

    • 著者名/発表者名
      新居陽一
    • 学会等名
      トポロジカルフォノニクス研究会
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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