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

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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。