スキルミオンなどの非共線的磁気構造の形成とダイナミクスの実空間観察

实空间观测斯格明子等非共线磁结构的形成和动力学

• 批准号: 14J09358
• 负责人: 柴田 基洋
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J09358/
• 关键词: スキルミオン; ローレンツ電子顕微鏡法; 電子線ホログラフィー; DM相互作用; カイラル磁性体; 磁気ダイナミクス; 磁性; 応力; カイラル結晶; シミュレーション; 歪み

本年度はローレンツ透過型電子顕微鏡法及び電子線ホログラフィーによる磁気構造の実空間観察を主たる実験手法として、渦状のナノスケール磁気構造体であるスキルミオンの構造とその外場応答の解明に取り組んだ。海外渡航先のER-C, Juelichとの共同研究では高分解能の電子線ホログラフィーを用いてB20型FeGe中のスキルミオンの構造の実空間分析を行い、スキルミオンの構造の温度・磁場による変化を明らかにした。これは、カイラルな結晶構造を有する磁性体におけるスキルミオン構造についての基本的かつ重要な成果である。昨年度に発見した異方的な結晶歪によるB20型FeGe中のスキルミオンの大きな構造変形については、解析的計算とシミュレーションと比較して考察を行うことで、応力によりジャロシンスキー・守谷相互作用の異方的な変調が起こっている可能性を示した。この効果は、広くカイラル磁性体における磁気構造の制御原理として利用できる可能性がある。また、ローレンツ透過型電子顕微鏡法により得られた熱的に励起されたMタイプBaヘキサフェライト中の磁気バブルのヘリシティー反転の動画データについては、主成分分析法の適用によりダイナミクスの時間スケールとエネルギーを見積もった。更に磁気バブルを単純化したモデルにおいて磁気ダイナミクスのシミュレーションを行い比較することで、ヘリシティー反転が磁気バブル中のキンク対の熱的な生成・移動・消滅によって説明できることを示した。総じて本研究においては、スキルミオンの構造に着目して応力・温度・磁場などの外場に対する応答について包括的に研究を行うことで、応用に有用なスキルミオンの詳細構造とその制御法に関する重要な知見を得ることができた。

今年，我们使用Lorentz透射电子显微镜和使用电子束全息图对磁性结构进行了实时观察，阐明了涡旋形纳米级磁性结构及其外场响应的结构。在与海外目的地的ER-C和Juelich的联合研究中，我们使用高分辨率电子束全息图对B20型FEGE中Silmion的结构进行了真实空间分析，并揭示了由于温度和磁场而导致的Silmion结构的变化。这是带有手性晶体结构的磁体中的Silmion结构的基本成就。将由于去年发现的各向异性晶体菌株引起的B20型FEGE中Silmion的较大结构变形与分析计算和模拟进行了比较，这表明应力可能导致Jarosinski-Moriya相互作用的各向异性调节。这种效果可以广泛用作手性磁体中磁性结构的控制原理。此外，对于通过Lorentz透射电子显微镜获得的热激发M型BA Hexaferrite中磁性气泡的螺旋倒置的视频数据，通过应用主成分分析来估计动力学的时间尺度和能量。此外，通过在简化的磁性气泡模型中模拟磁化动力学，我们表明螺旋反转可以通过磁性气泡中的扭结对的热产生，运动和an灭来解释。总体而言，在这项研究中，我们专注于Silmion的结构，并对应力，温度和磁场等对外部场的反应进行了全面研究，并且我们能够对Silmion的详细结构获得重要的见解，这些结构对应用程序及其控制方法有用。

项目成果

Large anisotropic deformation of skyrmions in strained crystal

• DOI: 10.1038/nnano.2015.113
• 发表时间: 2015-07-01
• 期刊: NATURE NANOTECHNOLOGY
• 影响因子: 38.3
• 作者: Shibata, K.;Iwasaki, J.;Tokura, Y.
• 通讯作者: Tokura, Y.

Thermally activated helicity reversals of skyrmions

• DOI: 10.1103/physrevb.93.134417
• 发表时间: 2016-04
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Xiuzhen Yu;K. Shibata;W. Koshibae;Y. Tokunaga;Y. Kaneko;T. Nagai;K. Kimoto;Y. Taguchi;N. Nagaosa;Y. Tokura

ローレンツ顕微鏡法によるスキルミオンの組成・応力依存性の観察

使用洛伦兹显微镜观察斯格明子的组成和应力依赖性

• 发表时间: 2015
• 作者: 柴田基洋;A. Kovacs;J. Caron;金澤直也;R. E. Dunin-Borkowski;十倉好紀;呉修喆;柴田基洋;呉修喆;柴田基洋
• 通讯作者: 柴田基洋

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ローレンツ電子顕微鏡法による磁気スキルミオン構造の実空間観察

使用洛伦兹电子显微镜对磁性斯格明子结构进行实空间观察

• 发表时间: 2016
• 作者: 柴田基洋;A. Kovacs;J. Caron;金澤直也;R. E. Dunin-Borkowski;十倉好紀;呉修喆;柴田基洋
• 通讯作者: 柴田基洋