2021-11-12 東京大学,関西学院大学,京都大学,理化学研究所,高輝度光科学研究センター,科学技術振興機構
ポイント
- 磁性体の中に存在する「スキルミオンひも（電子スピンが作る竜巻構造）」の３次元形状を可視化することに、世界で初めて成功しました。
- 従来、２次元的なイメージング手法によるスピン渦の検出例が報告されていましたが、本研究ではＣＴスキャンの原理を応用することで、その３次元形状の直接観測に成功しました。
- スキルミオンひもは、ナノサイズの高密度な情報担体として注目されており、その３次元的な挙動を可視化することで、新しい磁気情報処理手法の開拓につながることが期待されます。
東京大学 大学院工学系研究科の関 真一郎 准教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 客員研究員、ＪＳＴ さきがけ研究者 兼任）、関西学院大学 工学部の鈴木 基寛 教授、京都大学 化学研究所の小野 輝男 教授らの研究グループは、磁性体中の電子スピンが作る竜巻構造「スキルミオンひも」の３次元形状を可視化することに、世界で初めて成功しました。スピンの渦巻きは、２次元系では粒子のように、３次元系ではひものように振る舞うことが理論的に予想されていますが、後者の実験的な観測は、これまで非常に困難であると考えられてきました。本研究では、ＣＴスキャンで利用されるＸ線トモグラフィーの原理を応用し、さまざまな角度から観測した２次元透過像を合成することにより、数百ナノメートルの直径のスキルミオンひもの３次元形状を直接観察することに成功しました。スキルミオンひもは、超高密度な情報担体として近年大きく注目されており、その３次元空間における振る舞いを明らかにすることで、外場による効率的な制御手法の解明や、新しい磁気情報処理手法の開拓につながることが期待されます。
本研究成果は２０２１年１１月１１日（英国時間）に英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」オンライン版に掲載されます。
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）の「トポロジカル材料科学と革新的機能創出」研究領域（Ｎｏ．ＪＰＭＪＰＲ１８Ｌ５）および「情報担体とその集積のための材料・デバイス・システム」研究領域（Ｎｏ．ＪＰＭＪＰＲ２０Ｂ４）、同 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴの「量子状態の高度な制御に基づく革新的量子技術基盤の創出」研究領域（Ｎｏ．ＪＰＭＪＣＲ１８７４）、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 科学研究費補助金基盤研究Ａ（Ｎｏ．１８Ｈ０３６８５・２０Ｈ００３４９・２１Ｈ０４４４０）、同 基盤研究Ｓ（Ｎｏ．２１Ｈ０４９９０）、同 特別推進研究（Ｎｏ．１５Ｈ０５７０２）、同 挑戦的研究（萌芽）（Ｎｏ．２１Ｋ１８５９５）、同 若手研究（Ｎｏ．１８Ｋ１４１１７・２１Ｋ１３８７６）、旭硝子財団、村田学術振興財団の助成を受けて行われました。Ｘ線トモグラフィー実験は、ＳＰｒｉｎｇ－８の利用研究課題（２０１８Ａ２０６７、２０１９Ｂ１１７３、２０２０Ａ２０５７）として行われました。
＜論文タイトル＞
- “Direct visualization of the three-dimensional shape of skyrmion strings in a noncentrosymmetric magnet”
- ＤＯＩ：10.1038/s41563-021-01141-w
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
関 真一郎（セキ シンイチロウ）
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
鈴木 基寛（スズキ モトヒロ）
関西学院大学 工学部 物質工学課程 教授
小野 輝男（オノ テルオ）
京都大学 化学研究所 教授
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
＜ＳＰｒｉｎｇ－８／ＳＡＣＬＡに関すること＞
高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課
＜報道担当＞
東京大学 大学院工学系研究科 広報室力
東京大学 生産技術研究所 広報室
関西学院大学 広報室
京都大学 総務部 広報課 国際広報室
理化学研究所 広報室 報道担当
科学技術振興機構 広報課
