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2023 年度 実績報告書

金属磁性体におけるトポロジカル相転移と創発電磁現象の理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0590
配分区分基金
研究機関東京大学

研究代表者

清水 宏太郎  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワードトポロジカル磁気構造 / 磁気ヘッジホッグ / 磁気スキルミオン / カイラルソリトン格子 / 創発電磁現象 / モアレ
研究実績の概要

申請者は特別研究員DC1の採用第3年度において、前年度までの研究をさらに発展・深化させ、研究課題である金属磁性体におけるトポロジカル磁気テクスチャと創発電磁現象をより一層踏み込んで研究してきた。その中で、磁気構造のトポロジカルな性質や創発電磁現象を系統的に制御するための独創的な枠組みである「スピンモアレエンジニアリング」を提唱した。モアレとは、複数の波の重ね合わせによって現れる干渉縞のことであるが、ある種の磁性体で発現するトポロジカル磁気構造も、しばしば複数のスピンの波の重ね合わせとして理解されている。我々はこうした磁気構造をスピンの波が作る干渉縞(スピンモアレ)として捉えて研究を行った。モアレは重ね合わせる波をわずかに変化させることでその干渉縞も大きく変化するという普遍的な特徴を有している。我々はこのモアレ現象の特徴を活かすことで、磁気構造のトポロジカルな性質や創発電磁現象、さらには磁性体が示す機能性の創出及び制御に関する研究を、実際に一次元から三次元にわたる幅広い磁気構造に対して行った。具体的には、一次元カイラルソリトン格子と呼ばれる磁気構造に対して、外部磁場を変化させることで重ね合わせの波の数が変化し、磁気構造の創発電場や駆動速度が制御可能であることを明らかにした。二次元スキルミオン格子を対象とした研究では、重ね合わせる波の位相自由度がスピンモア超構造のコヒーレンスに重要な影響を及ぼしていることを明らかにした。三次元ヘッジホッグ格子に対する研究では、磁場を通じて重ね合わせの波の振幅が変化することで、電流に対する磁気構造の駆動方向が劇的に変化することを明らかにした。こうした統一的な視点に基づいた一連の研究をまとめた博士論文は、工学系研究科長賞(研究)を受賞するなど高い評価を受けている。また、これらの研究成果について、現在、学術論文として発表する準備を進めている。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] テネシー大学/バージニア大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      テネシー大学/バージニア大学
  • [雑誌論文] Emergent electric field from magnetic resonances in a one-dimensional chiral magnet2023

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Kotaro、Okumura Shun、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 ページ: 134436-1~-15

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.134436

    • 査読あり
  • [雑誌論文] トポロジカル磁気構造におけるスピンモアレエンジニアリング2023

    • 著者名/発表者名
      清水 宏太郎、奥村 駿、加藤 康之、求 幸年
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 78 ページ: 314~319

    • DOI

      10.11316/butsuri.78.6_314

    • 査読あり
  • [学会発表] 磁気ホップフィオン間相互作用の解析に基づくホップフィオン超構造の理論研究2024

    • 著者名/発表者名
      葛西章也, 清水宏太郎, 奥村駿, 加藤康之, 求幸年
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] 創発磁気モノポール結晶における電流誘起ダイナミクスと非平衡トポロジカル相転移2024

    • 著者名/発表者名
      清水宏太郎, 奥村駿, 加藤康之, 求幸年
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Emergent electric field and resonance dynamics in a one-dimensional chiral magnet driven by an AC magnetic field2024

    • 著者名/発表者名
      K. Shimizu, S. Okumura, Y. Kato, and Y. Motome
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Representing magnetic environment: Magnetic descriptors for machine learning assisted spin dynamics2024

    • 著者名/発表者名
      G.-W. Chern, K. Shimizu, S. Zhang, and Y. Fan
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Machine learning for crystallization dynamics of skyrmions in itinerant chiral magnets2024

    • 著者名/発表者名
      K. Shimizu, G.-W. Chern, S. Zhang, and Y. Fan
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergent electric field from magnetic resonances in a one-dimensional chiral magnet2023

    • 著者名/発表者名
      清水宏太郎, 奥村駿, 加藤康之, 求幸年
    • 学会等名
      2023キラル若手の会
    • 招待講演
  • [学会発表] 遍歴磁性体におけるスキルミオン格子の相形成ダイナミクスとトポロジカル欠陥の理論研究2023

    • 著者名/発表者名
      清水宏太郎, G.-W. Chern
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] Emergent electric field and magnetic resonance in a one-dimensional chiral magnet2023

    • 著者名/発表者名
      K. Shimizu, S. Okumura, Y. Kato, and Y. Motome
    • 学会等名
      Trends in MAGnetism 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergent electric field and resonance dynamics in a one-dimensional chiral magnet driven by an AC magnetic field2023

    • 著者名/発表者名
      K. Shimizu, S. Okumura, Y. Kato, and Y. Motome
    • 学会等名
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergent electric field in a one-dimensional chiral magnet driven by an AC magnetic field2023

    • 著者名/発表者名
      K. Shimizu, S. Okumura, Y. Kato, and Y. Motome
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES2023)
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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