スキルミオニクス創成に向けた基盤技術と材料の開拓

开发创造技能离子学的基础技术和材料

• 批准号: 20H00337
• 负责人: 望月 維人
• 金额: $ 28.54万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00337/
• 关键词: スキルミオン; スキルミオニクス; 磁気デバイス; 電流駆動; スピントロニクス; トポロジカル磁性; 磁気トポロジー; キラル磁性体; DM相互作用; マイクロ波素子; 磁気多層膜系; スピン軌道トルク; 垂直磁気異方性; マイクロ波応答

空間反転対称性を持つ金属磁性体を記述する近藤格子模型において、マイクロ波電磁場を照射した時の局在磁化の時間発展を数値的にシミュレーションする計算コードを開発し、円偏光マイクロ波照射による磁気トポロジーのスイッチングができることを理論的に実証した。2009年に中性子小角散乱実験によってキラル磁性体であるB20化合物中で発見されて以来、スキルミオンをはじめとするトポロジカル磁性は、DM相互作用が活性になるキラル磁性体や極性磁性体といった空間反転対称性の破れた磁性体での発現するものだと、素朴に信じられてきた。しかし近年、空間反転対称な結晶構造を持つ様々な金属磁性体において、スキルミオンやそれに類似したトポロジカル磁性が発現していることが発見されている。このような系の長所は、キラル磁性体や極性磁性体では凍結してしまっているvorticity（渦度）やhelicityと言った、磁気構造の持つ自由度が凍結せずに生き残っている点にある。このような自由度を、光やマイクロ波、その他の外場や外部刺激によって操作・制御できれば、新しい物質機能として利用できる可能性がある。本研究により、実際に円偏光マイクロ波の照射により、磁気トポロジーを高速にスイッチできることや、マイクロ波のパラメータ（強度や周波数）を調節することでトポロジカル数が「２」、「１」、「０」の間をある程度自在に飛び移れること、動的相転移であるこを反映して「決定論的」、「確率的」、「時間揺らぎ的」といった様々な相転移の様相が現れることを明らかにした。これは、空間反転対称性を持つ金属磁性体のスキルミオンの技術応用に向けた重要な成果に位置づけられる。また、これ以外にも、物質のトポロジカルな性質に関する書籍において、スキルミオンのマイクロ波ダイオード効果に関する章を執筆した。

在用空间反演对称性的金属磁性材料描述的Kondo Lattice模型中，我们开发了一个计算代码，该代码在数值上模拟了当微波电磁场辐射时局部磁化的时间演变，并且理论上证明磁性拓扑可以通过循环极化的微波辐射来实现磁性拓扑的切换。由于它是在B20化合物中发现的，因此由中子小角度散射实验在2009年进行了手性磁性材料，因此人们一直认为，包括Silmion在内的拓扑磁性（包括Silmion）在破碎的空间对称磁性材料（如手动和极性磁性材料）中表现出来，这些磁性材料激活DM相互作用。然而，近年来，已经发现，在具有空间倒置的对称晶体结构的各种金属磁体中，Silmion和类似的拓扑磁性表达。这种系统的优势在于，在手性和极性磁体中冷冻的磁性结构的自由度（例如涡度和愈合），无法冻结。如果可以通过光，微波，其他外部场或外部刺激来操纵和​​控制这种自由度，则可以将其用作新的材料功能。 This study revealed that the magnetic topology can be switched at high speed by actually irradiating circularly polarized microwaves, and that by adjusting the microwave parameters (intensity and frequency), the topological number can be jumped freely between "2", "1", and "0" to some extent, and that various aspects of phase transitions such as "deterministic", "stochastic", and "time-fractional" appear, reflecting the dynamic phase 过渡。对于具有空间反演对称性的金属磁性材料，这是Skilmion的技术应用的重要成就。此外，他还在一本关于物质拓扑特性的书中写了一章有关Skilmion的微波二极管效应。

项目成果

Charge-order dynamics in underdoped La1.6-xNd0.4SrxCuO4 revealed by electric pulses

电脉冲揭示欠掺杂 La1.6-xNd0.4SrxCuO4 中的电荷序动力学

• DOI: 10.1063/5.0055413
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: B.K. Pokharel;Y. Wang;J. Jaroszynski;T. Sasagawa;and D. Popovic
• 通讯作者: and D. Popovic

Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction and dampinglike spin-orbit torque in [Co/Gd/Pt]N magnetic multilayers

[Co/Gd/Pt]N 磁性多层膜中的界面 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用和类阻尼自旋轨道扭矩

• DOI: 10.1103/physrevb.103.104409
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Tomoe Nishimura;Dae-Yun Kim;Duck-Ho Kim;Yune-Seok Nam;Yong-Keun Park;Nam-Hui Kim;Yoichi Shiota,Chun-Yeol You;Byoung-Chul Min;Sug-Bong Choe;Teruo Ono
• 通讯作者: Teruo Ono

機械学習を用いたクロック模型のKT転移を含む多段磁気転移の検出

使用机器学习检测时钟模型中的多级磁转变，包括 KT 转变

• 发表时间: 2020
• 作者: 宮島悠輔;村田優介;田中康寛;望月維人
• 通讯作者: 望月維人

Orbital and magnetic ordering and domain-wall conduction in ferrimagnet La5Mo4O16

• DOI: 10.1103/physrevresearch.3.013105
• 发表时间: 2021-02
• 作者: T. Katsufuji;M. Miyake;M. Naka;M. Mochizuki;Sota Kogo;T. Kajita;Y. Shimizu;M. Itoh;T. Hasegawa;Shunsuke Shimose;Shunta Noguchi;T. Saiki;Takuro Sato;F. Kagawa

Switchable out-of-plane shift current in ferroelectric two-dimensional material CuInP2S6

• DOI: 10.1063/5.0074371
• 发表时间: 2022-01
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Yijin Zhang;Rei Taniguchi;S. Masubuchi;R. Moriya;Kenji Watanabe;T. Taniguchi;T. Sasagawa;T. Machida