Microscopic theory of nonequilibrium electromagnetic phenomena with magnetic monopoles

本年度は、本研究課題で注目している物質中の磁気単極子が示す電磁気応答について、主に安定性と静磁場に対する応答についての研究を行い、2報の論文を出版した。まずは、トポロジカルな磁気構造として現れる磁気ヘッジホッグ格子について、空間反転対称性があり反対称磁気相互作用が存在しない系における安定性と磁場に対する振る舞いを調べた。遍歴電子系の有効模型を、モンテカルロ法をベースとした手法で数値的に解くことにより、基底状態において4つの波数ベクトルを持った波の重ね合わせである磁気ヘッジホッグ格子が安定化することを明らかにした。磁場下においては、磁気ヘッジホッグ・反磁気ヘッジホッグ対が消滅しコニカル相へと移るトポロジカル転移を発見した。この結果は実際の候補物質における振る舞いをよく再現することから磁気ヘッジホッグ格子を示す物質開拓において重要なものであり、Journal of the Physical Society of Japan誌にLetter論文として掲載された。また、我々は近年、このような複数の波状の磁気構造を重ね合わせることで新たな磁気構造を構築したり制御したりする「スピンモアレエンジニアリング」という概念を提唱している。本年度では、重ね合わせる波のパラメタの中でも特に位相自由度に着目し、2次元空間で3つの波を持つ磁気スキルミオン格子や、3次元空間で4つの波を持つ磁気ヘッジホッグ格子について網羅的な研究を行った。相対位相と一様磁化の変化に対して、系のトポロジカルな性質やそれに伴う創発電磁場がどのように振る舞うかを調べ、外部磁場を印加することによって実際に非自明な位相変化を引き起こすことを明らかにした。この成果はAmerican Physical Society Physical Review B誌に掲載された。

本年度は、本研究課題で注目している物質中の磁気単極子が示す電磁気応答について、主に安定性と静磁場に対する応答についての研究を行い、2報の論文を出版した。まずは、トポロジカルな磁気構造として現れる磁気ヘッジホッグ格子について、空間反転対称性があり反対称磁気相互作用が存在しない系における安定性と磁場に対する振る舞いを調べた。遍歴電子系の有効模型を、モンテカルロ法をベースとした手法で数値的に解くことにより、基底状態において4つの波数ベクトルを持った波の重ね合わせである磁気ヘッジホッグ格子が安定化することを明らかにした。磁場下においては、磁気ヘッジホッグ・反磁気ヘッジホッグ対が消滅しコニカル相へと移るトポロジカル転移を発見した。この結果は実際の候補物質における振る舞いをよく再現することから磁気ヘッジホッグ格子を示す物質開拓において重要なものであり、Journal of the Physical Society of Japan誌にLetter論文として掲載された。また、我々は近年、このような複数の波状の磁気構造を重ね合わせることで新たな磁気構造を構築したり制御したりする「スピンモアレエンジニアリング」という概念を提唱している。本年度では、重ね合わせる波のパラメタの中でも特に位相自由度に着目し、2次元空間で3つの波を持つ磁気スキルミオン格子や、3次元空間で4つの波を持つ磁気ヘッジホッグ格子について網羅的な研究を行った。相対位相と一様磁化の変化に対して、系のトポロジカルな性質やそれに伴う創発電磁場がどのように振る舞うかを調べ、外部磁場を印加することによって実際に非自明な位相変化を引き起こすことを明らかにした。この成果はAmerican Physical Society Physical Review B誌に掲載された。