金属磁性体におけるトポロジカル相転移と創発電磁現象の理論研究

磁性金属拓扑相变和电磁现象的理论研究

基本信息

批准号：
22KJ0590
负责人：
清水宏太郎
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者は昨年度より博士後期課程二年へと進学し、前年度までの研究をさらに発展・深化させて研究課題である金属磁性体におけるトポロジカル磁気テクスチャと創発電磁現象の理論研究について、より一層踏み込んだ研究をしてきた。具体的には、ある種の磁性体で発現するトポロジカル磁気構造における位相自由度に着目した研究を行った。近年、磁気スキルミオンや磁気ヘッジホッグと呼ばれるトポロジカル磁気構造が、次世代エレクトロニクスデバイスのシーズとして注目を集めている。こうした磁気構造は、しばしば複数の螺旋磁気構造の重ね合わせとして理解され、その重ね合わせには波の「起点」に対応する位相自由度が存在する。我々はしばしば解析が煩雑な位相を系統的に取り扱う手法を確立するとともに、二次元磁気スキルミオン格子や三次元磁気ヘッジホッグ格子といったトポロジカル磁気構造に本手法を適用し、位相がトポロジカルな性質に与える影響を調べ上げた。その結果、これまでの解析では見つかっていなかったトポロジカルに非自明な磁気構造を発見するとともに、磁気ヘッジホッグの対消滅、対生成、融合や、量子輸送現象に直接的に結びつく物理量である創発磁場の急激な変化を伴う特異なトポロジカル相転移を発見した。さらに、一次元カイラル磁性体に現れる螺旋磁気構造を対象として、振動磁場によって誘起される創発電場に関する系統的な研究も行った。一次元の磁気構造はトポロジカルに自明であり、創発磁場は存在しない。しかしながら、その非共線な磁気構造を反映して創発電場は有限になりうる。そこで申請者は、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を数値的に解くことによって振動磁場による磁気構造のダイナミクスをシミュレーションし、磁気共鳴において創発電場が増大されることを明らかにした。

自去年以来，申请人已入学第二年，并一直在研究直到上一年，并进一步开发并加深了研究，并且对拓扑磁纹理的理论研究进行了更深入的研究，并在金属磁性材料中创造了磁性现象，这是一个研究主题。具体而言，研究重点是在某些磁体中表达的拓扑磁结构的相自由度。近年来，称为磁性的磁性磁性结构和磁性刺猬，作为下一代电子设备的种子引起了人们的注意。这种磁结构通常被理解为多个螺旋磁结构的叠加，其中重叠有一定程度的相位自由，与波的“起源”相对应。我们已经建立了系统地处理通常复杂分析的相位的方法，并将此方法应用于拓扑磁性结构，例如二维磁性Silmion晶格和三维磁刺猬晶格，并研究了相位对拓扑特性的影响。结果，我们发现了一种在先前分析中未发现的拓扑非平凡的磁性结构，并且奇异的拓扑相变，伴随着紧急磁场突然变化，物理数量直接与磁性刺猬的nihihitation，成对产生和融合的物理数量直接相关，以及与物理数量直接连接到量子运输界面的物理数量。此外，我们还对振荡磁场引起的发电厂进行了系统的研究，以瞄准出现在一维手性磁体中的螺旋磁结构。一维磁性结构在拓扑上是不言而喻的，没有出现的磁场。但是，发电厂可以是有限的，反映其非连续性磁性结构。因此，申请人通过数值求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程来模拟由于磁场引起的磁性结构的动力学，从而表明伤口发电厂在磁共振中增加了。