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

基本信息

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

项目摘要

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，我们以洛伦兹透射电子显微镜和电子束全息术为主要实验方法，利用磁结构的实空间观测，阐明了斯格明子（一种螺旋纳米级磁结构）的结构及其外场响应。在与ER-C和Juelich的联合研究中，我们利用高分辨率电子束全息术对B20型FeGe中的斯格明子结构进行了实空间分析，研究了斯格明子结构随温度和磁场的变化揭晓。这是关于具有手性晶体结构的磁性材料中的斯格明子结构的基本且重要的结果。我们通过与分析计算和模拟进行比较，研究了去年发现的各向异性晶体应变导致的 B20 型 FeGe 中斯格明子的大结构变形，这表明可能会发生各向异性调制。该效应可广泛用作控制手性磁性材料磁结构的原理。此外，针对洛伦兹透射电子显微镜获得的热激发M型Ba六方铁氧体中磁泡螺旋性反转的视频数据，我们通过应用主成分分析估计来分析动力学的时间尺度和能量。此外，通过模拟和比较磁泡简化模型中的磁动力学，我们表明螺旋性反转可以通过磁泡中扭结对的热产生、运动和湮灭来解释。总体而言，本研究重点关注斯格明子的结构，全面研究其对应力、温度和磁场等外部场的响应，从而提供有关斯格明子的详细结构及其控制方法的重要信息，对我的应用很有用。能够获得很多知识。

项目成果

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Large anisotropic deformation of skyrmions in strained crystal

应变晶体中斯格明子的大各向异性变形

DOI：
10.1038/nnano.2015.113
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
38.3
作者：
K. Shibata; J. Iwasaki; N. Kanazawa; S. Aizawa; T. Tanigaki; M. Shirai; T. Nakajima; M. Kubota; M. Kawasaki; H. S. Park; D.Shindo; N. Nagaosa; Y. Tokura
通讯作者：
Y. Tokura

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