Probing topological order in f-electron system via complementary use of quantum beams

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本課題では、これまでMnSiなどのd電子系を中心に研究されてきた、磁気スキルミオンを代表とするトポロジカルに保護された秩序状態について、新たにf電子系でのトポロジカル磁気秩序に着目し、中性子、放射光、ミュオンの量子ビームプローブを相補的に駆使して、静的・動的の両面から、その本質に迫ることを目的としている。本年度は新たに２つの系について着手した。この内、磁場下でトポロジカルホール効果の出現が期待されるGd化合物について、中性子散乱によりまず基底状態での磁気構造を調べた。再稼働したJRR-3での測定において、吸収が巨大ながらも磁気反射の観測に成功し、過去の報告と秩序波数が異なっていることを明らかにした。この結果により、続く磁場下での測定への足掛かりを気付くことが出来た。軌道磁気モーメントをもつ希土類元素について、磁場誘起秩序構造および非弾性散乱によるダイナミクスの測定を行った。磁気抵抗やホール異常が観測される磁場領域において、特殊な磁気散乱パターンの出現を観測した。これは既知の磁気スキルミオンなどとは異なる磁気構造の実現を示唆している。またダイナミクスからも、新たな特徴的な励起構造をもつことを明らかにした。以上の結果から、輸送異常の要因となる新たな磁気構造の存在が期待される。これまでに行ってきたスピン系のEu，Gdに加え、あらたに軌道磁気モーメントを持つ系へと展開が得られた点で、大きな前進が得られた。