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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Electromagnetic responses in chiral-symmetry-broken materials

Research Project

Project/Area Number 17H02923
Research InstitutionThe Open University of Japan

Principal Investigator

岸根 順一郎  放送大学, 教養学部, 教授 (80290906)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 戸川 欣彦  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00415241)
加藤 雄介  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20261547)
松浦 弘泰  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607)
福島 孝治  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (80282606)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsカイラル物質 / 磁性 / ソリトン格子 / カイラルフォノン
Outline of Annual Research Achievements

キラル対称性(左右対称性)の破れを指導原理とする物質機能の探求が活発に進められている。本研究では、キラル構造が持つ非対称・非線形・非局所という普遍的特性が電気・磁気・力学的な自由度間の結合をもたらし、多様な物質機能を生み出す機構の全貌を明らかにする。キラル螺旋磁性体に磁場を印加することで発現するキラルソリトン格子(CSL)の理論および実証研究を先導してきた申請者を中心とするコアメンバーを結集し、磁気・電気・弾性自由度とスピン、フォトン、フォノン、マグノンなど量子カレントとの結合ダイナミクス(広い意味での電磁応答)を記述する理論体系を構築して現象の予測と実験の設計を行う。これらの成果を統合することで凝縮系物理学におけるキラリティの概念の理解を深化させ、磁性分野を超えて「キラル物質科学」という新分野の基盤を確立する。
2019年度はカイラル磁性体CrNb3S6において,Crイオンの軌道角運動量とスピン角運動量を分離して測定することに成功した.この成果はPHYSICAL REVIEW Bに発表された.カイラル磁性体のスピン波共鳴の一般理論を提出した.これは従来強磁性共鳴に限られていたスピン波共鳴理論をらせん磁性体に一般化したものである.この成果はPHYSICAL REVIEW Bに発表された.カイラル磁性体にとけるソリトン格子形成に伴う励起を,電子スピン共鳴によって検出した.この成果はPHYSICAL REVIEW Bに発表された.また,論文発表自体は2020年4月になったが,カイラリティによって誘導されるスピン偏極現象が無機結晶でも起きることを見出した.さらに,カイラル結晶特有のフォノン励起の理論を構築した.引っ張り力によって誘導される2重ソリトン構造を理論的に予測し,実験的検証に成功した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画にはなかったchirality-induced-spin-selectivityについて大きな成果を上げることができた.この成果は,Akito Inui, Ryuya Aoki, Yuki Nishiue, Kohei Shiota, Yusuke Kousaka, Hiroaki Shishido, Daichi Hirobe, Masayuki Suda, Jun-ichiro Ohe, Jun-ichiro Kishine, Hiroshi M. Yamamoto, and Yoshihiko Togawa
Phys. Rev. Lett. 124, 166602として2020年4月21日に出版済みである.また,カイラル磁性体に引っ張り力をかけることで2重ソリトン格子と呼ばれる新しい非線形磁気構造が生じることを見出した.これも当初予期しなかった成果である.この成果はG. W. Paterson, A. A. Tereshchenko, S. Nakayama, Y. Kousaka, J. Kishine, S. McVitie, A. S. Ovchinnikov, I. Proskurin, and Y. Togawa
Phys. Rev. B 101, 184424として2020年5月21日に出版済みである.さらに希薄ソリトン格子の非線形応答の理論を完成させた.これも当初予期しなかったものである.この成果はJ. Kishine and A. S. Ovchinnikov, Phys. Rev. B 101, 184425として2020年5月22日に出版済みである.

Strategy for Future Research Activity

2019年度の研究によって,当初予期しなかった二つの流れができた.ひとつはchirality-induced-spin-selectivity (CISS),もうひとつがカイラルフォノンの理論である.2021年度は本計画最終年度であるが,この二つのテーマについての理論研究を完成させたい.カイラルフォノンについては,2020年6月中の論文投稿を目指して現在準備中である.

  • Research Products

    (8 results)

All 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Ural Federal University(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      Ural Federal University
  • [Int'l Joint Research] University of Glasgow(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      University of Glasgow
  • [Journal Article] Observation of orbital angular momentum in the chiral magnet CrNb3S6 by soft x-ray magnetic circular dichroism2019

    • Author(s)
      Mito M.、Ohsumi H.、Shishidou T.、Kuroda F.、Weinert M.、Tsuruta K.、Kotani Y.、Nakamura T.、Togawa Y.、Kishine J.、Kousaka Y.、Akimitsu J.、Inoue K.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 99 Pages: 1~16

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.174439

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theory of standing spin waves in a finite-size chiral spin soliton lattice2019

    • Author(s)
      Kishine J.、Sinitsyn Vl. E.、Bostrem I. G.、Proskurin Igor、Goncalves F. J. T.、Togawa Y.、Ovchinnikov A. S.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Pages: 024411

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.024411

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Surface-size and shape dependencies of change in chiral soliton number in submillimeter-scale crystals of chiral magnet CrNb3S62019

    • Author(s)
      Ohkuma M.、Mito M.、Nakamura N.、Tsuruta K.、Ohe J.、Shinozaki M.、Kato Y.、Kishine J.、Kousaka Y.、Akimitsu J.、Inoue K.
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 9 Pages: 075212~075212

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5092366

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anomalous spiked structures in ESR signals from the chiral helimagnet CrNb3S62019

    • Author(s)
      Yoshizawa Daichi、Sawada Yuya、Kousaka Yusuke、Kishine Jun-ichiro、Togawa Yoshihiko、Mito Masaki、Inoue Katsuya、Akimitsu Jun、Nakano Takehito、Nozue Yasuo、Hagiwara Masayuki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Pages: 1~12

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.104413

  • [Presentation] Highly nonlinear dynamics of chiral solitons in a mono-axial helimagnet2019

    • Author(s)
      Jun-ichiro Kishine
    • Organizer
      V International workshop Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interplay of Magnetic, Electronic and Elastic Degrees of Freedom in Chiral Materials2019

    • Author(s)
      Jun-ichiro Kishine
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019

URL: 

Published: 2021-01-27  

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