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東大・理研・高輝度光科学研究センターなど、微小な磁気渦の内部変形が引き起こす渦の配列変化を発見

発表日:2020年11月11日

微小な磁気渦の内部変形が引き起こす渦の配列変化

1.発表者:

高木 里奈(東京大学 大学院工学系研究科附属総合研究機構・物理工学専攻 助教/研究当時:理化学研究所 創発物性科学研究センター 研究員)

山崎 裕一(物質・材料研究機構 統合型材料開発・情報基盤部門 デバイス材料設計グループ 主任研究員/科学技術振興機構 さきがけ研究者)

ビクター ウクレーフ(ポール・シェラー研究所 研究員/研究当時:理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関量子構造研究チーム 特別研究員)

横山 優一(高輝度光科学研究センター 分光・イメージング推進室 博士研究員)

中尾 裕則(高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 准教授)

有馬 孝尚(東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授/理化学研究所創発物性科学研究センター 強相関量子構造研究チーム チームリーダー)

十倉 好紀(理化学研究所 創発物性科学研究センター センター長/東京大学 国際高等研究所東京カレッジ 卓越教授)

関 真一郎(東京大学 大学院工学系研究科附属総合研究機構・物理工学専攻 准教授/科学技術振興機構 さきがけ研究者)

2.発表のポイント:

◆磁気スキルミオンと呼ばれる微小な磁気渦のコア部分の直径の変化に伴って、多数の磁気スキルミオンの整列パターンが突然変化することを発見しました。

◆磁気スキルミオンの最安定な配列構造は、磁気スキルミオンの内部変形の自由度と密接に関連していることを見いだしました。

◆トポロジカル欠陥の内部自由度を活用した物性制御や機能開拓に向けた研究が広く展開されることが期待されます。

3.発表概要:

次世代メモリの情報担体(注1)の候補として注目されている磁気スキルミオン(注2)は、数十ナノメートル(nm、1nmは10億分の1メートル)程度の渦状の磁気構造体です。磁気スキルミオンはトポロジカル欠陥(注3)の一種であり、一度生成されると安定に存在でき、孤立した粒子として扱えることが知られています。これまで磁気スキルミオンは主に三角格子を組んだ状態で観測されてきましたが、最近では試料を急速に冷却すると、準安定状態(注4)として磁気スキルミオンを安定化できる温度・磁場範囲が拡大し、スキルミオンの三角格子から正方格子へと配列パターンが変化するという報告がなされています。しかし、この配列変化の起源は明らかになっていません。

東京大学大学院工学系研究科の高木里奈助教、関真一郎准教授らを中心とする研究グループは、理化学研究所、物質・材料研究機構、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、高輝度光科学研究センターとの共同研究のもと、磁気スキルミオンの三角格子が正方格子へ配列変化する様子を実験と理論の両面から詳細に調べることで、磁気スキルミオンのコア部分の直径の変化が配列変化の起源となっていることを見いだしました。

今回の発見は、磁気スキルミオンのように内部変形の自由度を持つトポロジカル欠陥の集合体がつくる秩序構造を外場制御できる可能性を示唆しており、トポロジカル欠陥が示す新しい物性・現象の開拓につながることが期待されます。

本研究成果は、2020年11月11日(英国時間)に英国科学誌「Nature Communications」にオンライン掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業個人型研究(さきがけ)(JPMJPR177A,JPMJPR18L5)、同戦略的創造研究推進事業チーム型研究(CREST)(JPMJCR1874)、文部科学省光量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP)(JPMXS0120184122)、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金基盤研究A(18H03685,20H00349)、基盤研究B(19H04399)および若手研究A(16H05990)、光科学技術研究振興財団、旭硝子財団、村田学術振興財団の支援を受けて、KEK 物質構造科学研究所 放射光実験施設共同利用実験課題(2015S2-007,2018S2-006)のもとで実施しました。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0542949_02.pdf

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