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Exploration of electromagnetic phenomena based on dynamics of topology change

基于拓扑变化动力学的电磁现象探索

基本信息

批准号：
22H01164
负责人：
大池広志
金额：
$ 11.32万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

トポロジーに関する物性研究は近年盛んに行われている一方で、ゆらぎによるトポロジーの変化に着目した研究は数少なく、新現象や新概念に繋がる可能性を秘めています。本研究課題では、トポロジー変化に着目して新奇な電磁応答の開拓に取り組みます。初年度の研究では、キラル磁性体MnSiにおいてスピンのトポロジー変化に由来する現象を探究しました。磁気スキルミオンと強磁性は、スピンの連続変形で行き来することができない磁気構造であるため、異なるトポロジーに分類されます。MnSi中に発生する磁気スキルミオン格子は20nm程度の周期構造であり、ユニットセルの長さスケールではスピンがほぼ強磁性的に揃っています。また、MnSiにおいて磁気構造を形成する電子と伝導を担う電子は、いずれもMnイオンのd電子に由来します。これらの要因によって、十分に低温では伝導電子は磁気構造とスピンの向きを揃えながら運動し、磁気スキルミオン中の伝導電子はあたかも磁場中に存在するかのように振る舞います。この仮想的な磁場は創発磁場と呼ばれています。しかし、熱ゆらぎは伝導電子の不連続な変化を引き起こし、トポロジーの異なる状態間の確率的な遷移が起こります。このトポロジー変化によって創発磁場が弱まることを、ホール効果とネルンスト効果の温度依存性の解析から提示しました。創発磁場の減衰が15 K以上で顕著になるので、さらに高い温度では熱ゆらぎによるトポロジー変化がより頻繁に起きていると考えられます。実際に、MnSiの磁気スキルミオン格子は20 K以下の温度域では準安定状態として保持されますが、23 K以上の温度域では数秒程度以下の時間で崩壊します。このように、スピンのトポロジー変化という観点で、ホール効果やネルンスト効果のような線形応答の性質と、準安定状態の崩壊という非線形で不可逆な性質の繋がりを理解できることが分かりました。

The research on the physical properties of the トポロジーに关する has become popular in recent years.ーの変化に目した Research は Few なく、New phenomenon やNew concept にSystem がるThe possibility をめています. The subject of this research is a novel electromagnetic sensor and a new electromagnetic field. In the first year of research, we studied the origin of the magnetic material MnSi and the phenomenon of change. Magnetic strong magnetic propertiesができないMagnetic structure であるため、different なるトポロジーにclassification されます. MnSi has a magnetic lattice and a periodic structure of approximately 20 nm.り, ユニットセルの长さスケールではスピンがほぼstrong magnetic に揃っています.また、MnSiにおいてMagnetic structureをformationするelectronicsと伝guidanceを恆electronは、いずれもMnイオンのdelectronic originします. The main reason for the これらのによって, very low temperature では伝 conduction electrons は magnetic 気 structure とスピンの向きを揃えながらDynamic, magnetic and magnetic conductors exist in the magnetic field, and they vibrate and dance in the magnetic field. The magnetic field that I think about is the magnetic field that creates the magnetic field.しかし, thermal ゆらぎは伝 Conducting electrons without connecting 続な変化をinduced こし, トポロジーのdifferent なるのTransfer of accuracy between states が起こります.このトポロジー剉化によって Create a magnetic field が weak まることを、ホールAnalysis of the temperature dependence of the effect of the effect and the prompt of the temperature dependence of the effect. The attenuation of the magnetic field created 15 Above K, the temperature is high, the temperature is high, the temperature is hot, and the temperature is high.るトポロジー変化がより frequently に出きていると考えられます.実界に、MnSiのMagnetismスキルミオンlatticeはThe temperature range below 20 K maintains the quasi-stable state and maintains it、23 The temperature range above K is the same as the time range below a few seconds.このように、スピンのトポロジー変化という点で、ホールeffect やネルンストeffectのようなLINEARの性と、quasi-stable state の壊というnonlinear でirreversible な性のsystem がりをunderstanding できることが分かりました.