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2023 年度 実施状況報告書

磁性金属・磁性絶縁体のマグノンの寿命と相関効果の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K03509
研究機関東京大学

研究代表者

加藤 康之  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (50708534)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
キーワード量子磁性体 / 金属磁性体 / トポロジカル磁性
研究実績の概要

本年度,磁性体に関する研究成果を4報の論文を出版しました.その内容は,(1)2次元量子スピン系YbCl3におけるスピン励起の実験と理論の共同研究(2)カイラリティーを有する反強磁性体Sr(TiO)Cu4(PO4)4の広域相図に関する実験と理論の共同研究(3)カゴメ格子Coシャンダイトの薄膜における磁性および輸送現象の理論的研究(4)金属磁性体の磁気バブル格子の安定性に関する理論的研究です.(1,2)は磁性絶縁体に関する研究です.(1)では量子モンテカルロシミュレーションを用いた解析によりYbCl3の模型パラメータを見積り,中性子散乱実験で得られたスピン励起の解析によってその量子効果を明らかにしています.(2)では電気磁気活性な量子磁性体Sr(TiO)Cu4(PO4)4の理論模型の解析を行い,超音波および磁気熱量効果の実験結果の説明に成功しました.また,その結果,広域の温度磁場相図と各相の同定も行なっています.(3,4)は磁性半導体・金属に関する研究です.(3)では,極薄膜のCoシャンダイトの第一原理計算に基づく有効模型構築と,その解析による磁性と輸送現象の膜厚依存性の予言をしています.(4)では金属磁性体のスピン模型に対して,申請後に出版した文献[Y. Kato and Y. Motome, Phys. Rev. B 105, 174413 (2022)]で開発した適用範囲の広い手法を実装し,数値厳密な広域の温度磁場相図の作成と磁気バブル格子の安定性を明らかにしました.また,キタエフスピン液体におけるマヨラナ準粒子を介したスピンゼーベック効果の理論的研究は出版準備中です.関連して,国際会議3件,国内会議2件の発表を行なっています.

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

申請時には予想していなかったトポロジカル磁性,低次元量子磁性体などに関する発展的問題の成果がでている.スピン励起の解析については国際共同研究を推進しており,これまでむずかしかった解析が可能になりつつある.この取り組みが成功すると,本研究課題の主題である強相関準粒子の寿命などの性質の正確な説明・予言が達成される.

今後の研究の推進方策

種々の2次元量子磁性体におけるスピン励起について,量子モンテカルロ法を用いて相関効果を正確に取り込んだ数値厳密な解析を行う.その結果と中性子散乱実験との比較によって,準粒子の寿命などの性質を明らかにする.また,量子スピン液体における特異な強相関準粒子がもたらすスピン流の数値解析についても引き続き取り組む.

次年度使用額が生じた理由

予定していた計算機の購入を延期したため差額が生じた.翌年度分の助成金と合わせて十分なスペックの計算機とソフトウェアの導入を行う.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Magnetic, transport and topological properties of Co-based shandite thin films2024

    • 著者名/発表者名
      Nakazawa Kazuki、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 7 ページ: 48

    • DOI

      10.1038/s42005-024-01534-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Field-tuned quantum renormalization of spin dynamics in the honeycomb lattice Heisenberg antiferromagnet YbCl32023

    • 著者名/発表者名
      Sala Gabriele、Stone Matthew B.、Halasz Gabor B.、Lumsden Mark D.、May Andrew F.、Pajerowski Daniel M.、Ohira-Kawamura Seiko、Kaneko Koji、Mazzone Daniel G.、Simutis Gediminas、Lass Jakob、Kato Yasuyuki、Do Seung-Hwan、Lin Jiao Y. Y.、Christianson Andrew D.
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 6 ページ: 234

    • DOI

      10.1038/s42005-023-01333-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-field phase diagram of the chiral-lattice antiferromagnet Sr(TiO)Cu4(PO4)42023

    • 著者名/発表者名
      Nomura Toshihiro、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi、Miyake Atsushi、Tokunaga Masashi、Kohama Yoshimitsu、Zherlitsyn Sergei、Wosnitza Joachim、Kimura Shojiro、Katsuyoshi Tsukasa、Kimura Tsuyoshi、Kimura Kenta
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 ページ: 054434

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.054434

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic bubble crystal in tetragonal magnets2023

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

      Physical Review B

      巻: 108 ページ: 024426

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.024426

    • 査読あり
  • [学会発表] Spin Seebeck effect in the Kitaev spin liquid2024

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, J. Nasu, M. Sato, T. Okubo, T. Misawa, and Y. Motome
    • 学会等名
      2024 APS March Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin Seebeck effect in the Kitaev spin liquid2024

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, J. Nasu, M. Sato, T. Okubo, T. Misawa, and Y. Motome
    • 学会等名
      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Hidden topological transitions in emergent magnetic monopole lattices2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Kato and Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      QLC2023
    • 国際学会
  • [学会発表] キタエフスピン液体におけるスピンゼーベック効果2023

    • 著者名/発表者名
      加藤康之,那須譲治,大久保毅,三澤貴宏,佐藤正寛,求幸年
    • 学会等名
      日本物理学会「第 78 回年次大会 (2023 年)」
  • [学会発表] Spin Seebeck effect in the Kitaev spin liquid2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Kato, Joji Nasu, Masahiro Sato, Tsuyoshi Okubo, Takahiro Misawa and Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      令和 5 年度 新学術領域研 究「量子液晶の物性科学」領域研究会

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公開日: 2024-12-25  

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