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論文

Twisted skyrmion strings in a layered Heisenberg model with dipole-dipole interactions

横田 光史

Journal of the Physical Society of Japan, 90(10), p.104701_1 - 104701_5, 2021/10

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.104701

Skyrmion strings in a layered Heisenberg model with dipole-dipole interactions are investigated by solving the Landau-Lifshitz equation numerically. Twisted skyrmion strings appear in some cases, for which the helicity of the skyrmion for the top surface is opposite to that for the bottom surface. The skyrmion near the middle layer is a N$'e$el skyrmion with inward spin directions for the twisted skyrmion strings.

論文

Nodal lines and boundary modes in topological Dirac semimetals with magnetism

荒木 康史; 渡邊 成*; 野村 健太郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(9), p.094702_1 - 094702_9, 2021/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.094702
 被引用回数：0

磁性を持つ線ノード半金属はいくつかの化合物で理論的および実験的に確認されているが、一方で、その磁気秩序と電子の性質の間の関係性についての理解は進んでいない。本研究では磁性線ノード半金属のバルク及び境界面における電子の性質を理解することを目的として、トポロジカルディラック半金属(TDSM)に磁性を導入した系を数値的および解析的に取り扱う。TDSMはスピン縮退したディラック点のペアを持つ物質であり、$$mathrm{Cd_3 As_2}$$及び$$mathrm{Na_3 Bi}$$等が知られている。TDSMの格子模型で電子スピンに結合した磁化を導入してバンド構造を計算することにより、TDSMは磁化の向き及び結合定数に依存して、ワイル半金属または線ノード半金属のいずれかに転移することが示された。これによって得られた磁性線ノード半金属相の電子状態を計算することにより、境界面においては線ノードに対応したドラムヘッド型バンド構造を持つゼロモードが現れることが示された。この境界モードはバルクの整数$$(mathbb{Z})$$トポロジカル数により特徴づけられるものであり、磁壁に局在して現れることが見出された。

論文

Spin-flop phase in a honeycomb antiferromagnet Mn$$_{0.84}$$Mg$$_{0.16}$$TiO$$_{3}$$

社本 真一; 山内 宏樹; 池内 和彦*; Lee, M. K.*; Chang, L.-J.*; Garlea, V. O.*; Hwang, I. Y.*; Lee, K. H.*; Chung, J.-H.*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(9), p.093703_1 - 093703_4, 2021/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.093703
 被引用回数：0

ハニカム格子反強磁性体Mn$$_{0.84}$$Mg$$_{0.16}$$TiO$$_{3}$$の5T磁場下でのスピンフロップ相の磁気構造を弾性散乱と非弾性散乱を相補的に用いることで、初めて提案した。

論文

Topological Hall effects of magnons in ferrimagnets

仲田 光樹; Kim, S. K.*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.081004_1 - 081004_10, 2021/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.081004
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

マグノンのトポロジカルホール効果について総括する。特に、強磁性絶縁体,反強磁性絶縁体,フェリ磁性絶縁体、それぞれのトポロジカル物性(例:スピンHall効果,スピンNernst効果,熱Hall効果)を解説し、幾何学的位相の観点から統一的な視点を与える。

論文

Neutron scattering study on yttrium iron garnet for spintronics

南部 雄亮*; 社本 真一

Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.081002_1 - 081002_15, 2021/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.081002
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

スピントロニクス用イットリウム鉄ガーネットの中性子散乱研究について、長期課題2017L0300の"Cross correlation dynamics under a strain field"の成果を中心にSPECIAL TOPICSのReviewとしてまとめた。

論文

Microscopic theory of electrically induced spin torques in magnetic Weyl semimetals

紅林 大地*; 荒木 康史; 野村 健太郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.084702_1 - 084702_9, 2021/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.084702
 被引用回数：1 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

本研究では、磁性ワイル半金属において電流および電圧によって誘起されるスピントルクの理論を導出する。磁性ワイル半金属においては、非自明なトポロジーを持つバンド構造に由来して磁化と電子輸送が結合し、スピントロニクスに適した性質を示す。本論文では、磁化構造の勾配および電流に関する摂動展開に基づき、電流によって誘起されるスピントルクを網羅的に導出する。このトルクはスピン軌道トルク及びスピン移行トルクを内包するものである。更に、電圧(電位差)によって誘起されるトルクも微視的に導出し、このトルクがスピンと軸性カレントの対応関係、及びカイラルアノマリーに由来するものであることを示す。

論文

Magnetic structure of short-range ordering in intermetallic antiferromagnet Mn$$_3$$RhSi

樹神 克明; 本田 孝志*; 山内 宏樹; 社本 真一*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(7), p.074710_1 - 074710_7, 2021/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.074710
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic pair distribution function (mPDF) of intermetallic antiferromagnet Mn$$_3$$RhSi is estimated from the powder neutron diffraction data. The mPDF exhibits negative peak at about $$r$$ = 2.7 ${AA}$ corresponding to the nearest neighbor Mn-Mn distance above the antiferromagnetic transition temperature $$T_{N}$$. Below $$T_{N}$$, the mPDF is a superposition of the mPDF with the negative peak at about $$r$$ = 2.7 ${AA}$ and the mPDF calculated from the antiferromagnetic structure which is determined by the previous neutron diffraction study, indicating the coexistence of the short range ordering and the antiferromagnetic long range ordering. The mPDF of the short range ordering is not reproduced by the magnetic structure model with the symmetry consistent with that of the crystal structure. The possible magnetic structure which can reproduce the observed mPDF of the short range ordering is proposed.

論文

Anisotropic physical properties of layered antiferromagnet U$$_2$$Pt$$_6$$Ga$$_{15}$$

松本 裕司*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 竹内 徹也*; 三宅 厚志*; 徳永 将史*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(7), p.074707_1 - 074707_6, 2021/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.074707
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

A uranium intermetallic compound U$$_2$$Pt$$_6$$Ga$$_{15}$$ was successfully synthesized. This compound crystallizes in the hexagonal Sc$$_{0.6}$$Fe$$_2$$Si$$_{4.9}$$-type structure. Antiferromagnetic transition with highly magnetic anisotropy was established by the physical property measurements.

論文

Observation of longitudinal magnetic fluctuations at a first-order ferromagnetic quantum phase transition in UGe$$_2$$

野間 雄一郎*; 小手川 恒*; 久保 徹郎*; 藤 秀樹*; 播磨 尚朝*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦*; 伊藤 公平*; 仲村 愛*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 90(7), p.073707_1 - 073707_5, 2021/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.073707
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

Ferromagnetic fluctuation relevant to the pressure-induced superconductivity in UGe$$_2$$ is investigated by means of NMR spectroscopy. Longitudinal magnetic fluctuations were observed in the spin-echo decay rate near the ferromagnetic critical point where superconductivity takes place. This result strongly suggests that superconductivity in ferromagnets is universally mediated by anisotropic magnetic fluctuations.

論文

Charge-density-wave order and multiple magnetic transitions in divalent europium compound EuAl$$_4$$

金子 耕士; 川崎 卓郎; 仲村 愛*; 宗像 孝司*; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 90(6), p.064704_1 - 064704_6, 2021/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.064704
 被引用回数：1 パーセンタイル：74.81(Physics, Multidisciplinary)

Multiple transition phenomena in divalent Eu compound EuAl$$_4$$ with the tetragonal structure were investigated via single crystal time-of-flight neutron Laue technique. At 30 K below a charge-density-wave (CDW) transition, superlattice peaks emerge near nuclear Bragg peaks described by an ordering vector $$q_{rm CDW}$$ = (0 0 $${delta}_c$$). In contrast, magnetic peaks appear at $$q_2 = ({delta}_2 {delta}_2 0)$$ with $${delta}_2$$ = 0.09 below $$T_{N1}$$ = 15.4 K, and moves to $$q_1 = ({delta}_1 0 0)$$ with $${delta}_1$$ = 0.19 below $$T_{N3}$$ =12.2 K, whereas no distinct change in the magnetic Bragg peak was detected at $$T_{N2}$$ and $$T_{N4}$$. The structural modification with $$q_{rm CDW}$$ is characterized by an absence of the superlattice peak in (0 0 $$l$$). Considering an absence of splitting in magnetic peaks along $$l$$, the structural transition is mainly ascribed to a displacement of Al ions within the tetragonal $$ab$$-plane. Complex incommensurate magnetic transitions are in stark contrast to a simple collinear commensurate structure in isovalent EuGa$$_4$$. This could stem from incompatible electronic structures with the CDW transition between two compounds.

論文

Spin wave excitations in honeycomb antiferromagnet MnTiO$$_{3}$$

Hwang, I. Y.*; Lee, K. H.*; Chung, J.-H.*; 池内 和彦*; Garlea, V. O.*; 山内 宏樹; 赤津 光洋*; 社本 真一

Journal of the Physical Society of Japan, 90(6), p.064708_1 - 064708_6, 2021/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.064708
 被引用回数：1 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

ハニカム格子反強磁性体MnTiO$$_{3}$$のスピン波を調べ、スピン間の交換相互作用を正確に求めた。

論文

Spin excitations of the $$S$$=1/2 one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCo$$_{2}$$V$$_{2}$$O$$_{8}$$ in transverse magnetic fields

奥谷 顕*; 大西 弘明; 木村 尚次郎*; 竹内 徹也*; 木田 孝則*; 森 道康; 三宅 厚志*; 徳永 将史*; 金道 浩一*; 萩原 政幸*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(4), p.044704_1 - 044704_9, 2021/04

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.044704
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

The high-field multifrequency electron spin resonance (ESR), the magnetization, and the specific heat of single crystals of BaCo$$_{2}$$V$$_{2}$$O$$_{8}$$ (a quasi-one-dimensional Ising-like antiferromagnet with $$S=1/2$$) were measured in two different transverse magnetic fields: $$H parallel [100]$$ and $$H parallel [110]$$. A softening of the lowest ESR mode was observed near the saturation field of the magnetization around 40 T in $$H parallel [110]$$, whereas it occurs around 10 T in $$H parallel [100]$$, far below the saturation field. These observations were reproduced by numerical calculations using the density-matrix renormalization group methods, including the staggered magnetic fields induced by a uniform external magnetic field and the interchain magnetic exchange interaction. We found that the directional dependence of the lowest mode originates mainly from the remarkable angular dependence of the induced magnetic field. The interchain interaction is also quantitatively important for reproducing the experimental results. The directional dependence of the lowest mode is demonstrated by the particle-hole excitation of spinons using the Jordan-Wigner transformation.

論文

Analysis of glass behavior of Lu$$_{2}$$Fe$$_{3}$$O$$_{7}$$ with distributed equivalent circuit model

深田 幸正*; 福山 諒太*; 藤原 孝将*; 吉井 賢資; 重松 圭*; 東 正樹*; 池田 直*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(2), p.024710_1 - 024710_6, 2021/02

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.024710
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

Lu$$_{2}$$Fe$$_{3}$$O$$_{7}$$のインピーダンス測定を行った。この系は、電子強誘電体${it R}$Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (${it R}$:希土類)の関連系であり、鉄スピンによる磁気秩序と、鉄イオンが実空間で秩序化することによる誘電性が重畳したマルチフェロイック系である。得られた実験データを説明するため、抵抗成分と容量成分がそれぞれ分布を持って直列接続した新しい等価回路を提案した。このモデルにより数値解析を行ったところ、温度履歴を記憶することによるエージング効果やメモリ効果といった電荷自由度のグラス的挙動が見いだされた。このようなグラス的挙動は非平衡物理の問題として長年研究されているが、標記の系で見いだされたのは初めてであり、本系の性質について一石を投じる結果である。他にいくつかの興味深い現象も見いだされた。例えば抵抗成分と容量成分の間には比例関係があることが見いだされたが、これは鉄電荷が秩序化することによる誘電性の存在を支持する結果である。

論文

Magnetic excitations of Sr$$_{3}$$Ir$$_{2}$$O$$_{7}$$ observed by inelastic neutron scattering technique

藤田 全基*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 中村 充孝

Journal of the Physical Society of Japan, 90(2), p.025001_1 - 025001_2, 2021/02

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.025001
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

In this short note, we report on the first inelastic neutron scattering (INS) study on high-energy magnetic excitations in Sr$$_{3}$$Ir$$_{2}$$O$$_{7}$$. We observed excitations between $$sim$$80 meV and $$sim$$180 meV. The peak position of the excitations is consistent with the dispersion of a single magnon determined by resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) measurement. Thus, our results demonstrate the feasibility of INS for iridates, which has a large neutron absorption cross-section.

論文

Detailed investigations on short- and intermediate-range structures of Ge-Se glasses near the stiffness transition composition

細川 伸也*; 川北 至信; Pusztai, L.*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(2), p.024601_1 - 024601_12, 2021/02

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.024601
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Multidisciplinary)

In order to improve the reliability of short- and intermediate-range atomic structures of Ge$$_x$$Se$$_{1-x}$$ glasses, high quality neutron diffraction data, in both the real and reciprocal spaces, were added to the existing anomalous X-ray scattering and X-ray diffraction datasets [Hosokawa et al., Phys. Rev. B 84, 014201 (2011)] for reverse Monte Carlo modeling. This addition proved to be highly effective for obtaining well-refined structural data and for revealing a close relationship between the compositional stiffness transition occurring at about $$x$$ = 0.20-0.26 and the partial structures. Although the $$S_{ij}(Q)$$ and $$g_{ij}(r)$$ functions gradually change with varying $$x$$, important indications on the stiffness transition are confirmed on the basis of the intermediate-range element-selective atomic structures (${it hyper-ordered structures}$) more clearly than it was possible by previous results. An abrupt decrease in terms of the the prepeak intensity of $$S_{GeGe}(Q)$$, a rapid disappearance of the Ge-Ge homopolar bonds, anomalies in the ratio of edge- and corner-sharing Ge(Se$$_{1/2}$$)$$_4$$ tetrahedra, and characteristic changes in the tetrahedral connections with decreasing X across the so-called intermediate phase have all been observed.

論文

Core-level photoelectron spectroscopy study of UTe$$_{2}$$

藤森 伸一; 川崎 郁斗; 竹田 幸治; 山上 浩志; 仲村 愛*; 本間 佳哉*; 青木 大*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(1), p.015002_1 - 015002_2, 2021/01

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.015002
 被引用回数：3 パーセンタイル：89.07(Physics, Multidisciplinary)

The valence state of $$mathrm{UTe}_2$$ was studied by core-level photoelectron spectroscopy. The main peak position of the $$mathrm{U}~4f$$ core-level spectrum of $$mathrm{UTe}_2$$ coincides with that of $$mathrm{UB}_2$$, which is anitinerant compound with a nearly $$5f^3$$ configuration. However, the main peak of $$mathrm{UTe}_2$$ is broader than that of$$mathrm{UB}_2$$, and satellite structures are observed in the higher binding energy side of the main peak, which are characteristics of mixed-valence uranium compounds. These results suggest that the $$mathrm{U}~5f$$ state in $$mathrm{UTe}_2$$ isin a mixed valence state with a dominant contribution from the itinerant$$5f^3$$ configuration.

論文

Nuclear magnetic relaxation time near the compensation temperature in a ferrimagnetic insulator

森 道康

Journal of the Physical Society of Japan, 89(11), p.114705_1 - 114705_7, 2020/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.114705
 被引用回数：1 パーセンタイル：34.55(Physics, Multidisciplinary)

The nuclear magnetic relaxation time $$T_1$$ in a ferrimagnetic insulators is calculated within the mean-field approximation for the magnetic exchange interactions and the Raman process involving the hyperfine interaction. We find that the value of 1/$$T_1$$ on one type of site increases rapidly near the compensation temperature $$T_0$$, whereas that on the other type of site does not increase up to Curie temperature $$T_c$$. This is due to the fact that the soft-magnon bandwidth becomes comparable to $$T_0$$. An increase in 1/$$T_1$$ below $$T_c$$ is found also in another type ferrimagnet, which shows a hump structure in the temperature dependence of magnetization instead of compensation. Also in that case, we find the rapid increase in 1/$$T_1$$ below $$T_c$$, even though the magnetization does not show compensation. The coexistence of soft and hard magnons leads to these remarkable properties of ferrimagnets.

論文

Non-reciprocal pumping of surface acoustic waves by spin wave resonance

山本 慧; Yu, W.*; Yu, T.*; Puebla, J.*; Xu, M.*; 前川 禎通*; Bauer, G.*

Journal of the Physical Society of Japan, 89(11), p.113702_1 - 113702_5, 2020/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.113702
 被引用回数：1 パーセンタイル：34.55(Physics, Multidisciplinary)

We predict that surface acoustic waves are generated preferentially in one direction in a heterostructure of a thin magnetic film on a non-magnetic substrate. The non-reciprocity arises from magneto-elastic coupling and magneto-rotation coupling, the former being dominant for YIG/GGG heterostructures. For YIG films thinner than about 100 nm, the surface acoustic wave amplitude is nearly unidirectional at certain angles of the in-plane equilibrium magnetisation. We compute the full magnetic field dependence of the effect for a selected device.

論文

Coexistence of two components in magnetic excitations of La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ ($$x$$ = 0.10 and 0.16)

佐藤 研太朗*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 新井 正敏*; 藤田 全基*

Journal of the Physical Society of Japan, 89(11), p.114703_1 - 114703_7, 2020/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.114703
 被引用回数：1 パーセンタイル：34.55(Physics, Multidisciplinary)

To elucidate the spin dynamics of La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$, which couples with the charge degree of freedom, the spin excitations spanning the characteristic energy ($$E_mathrm{cross}$$ $$sim$$ 35-40 meV) are investigated for underdoped $$x$$ = 0.10 and optimally doped (OP) $$x$$ = 0.16 through inelastic neutron scattering measurements. Analysis based on a two-component picture of high-quality data clarified the possible coexistence of upright standing incommensurate (IC) excitations with gapless commensurate (C) excitations in the energy-momentum space. The IC component weakens the intensity toward $$E_mathrm{cross}$$ with increasing energy transfer ($$hbaromega$$), whereas the C component strengthens at high-$$hbaromega$$ regions. The analysis results imply that the superposition of two components with a particular intensity balance forms an hourglass-shaped excitation in appearance. Furthermore, the temperature dependence of the intensity of each component exhibits different behaviors; the IC component disappears near the pseudo-gap temperature ($$T^*$$) upon warming, whereas the C component is robust against temperature. These results suggest the itinerant electron spin nature and the localized magnetism of the parent La$$_{2}$$CuO$$_{4}$$ in IC and C excitations, respectively, similar to the spin excitations in the OP YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{6+delta}$$ and HgBa$$_{2}$$CuO$$_{4+delta}$$ with higher superconducting-transition temperatures.

論文

N-independent localized Krylov-Bogoliubov-de Gennes Method; Ultra-fast numerical approach to large-scale inhomogeneous superconductors

永井 佑紀

Journal of the Physical Society of Japan, 89(7), p.074703_1 - 074703_6, 2020/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.074703
 被引用回数：2 パーセンタイル：34.55(Physics, Multidisciplinary)

超伝導ナノデバイスのシミュレーションを行うためには、磁束の侵入や欠陥導入などの非一様な状況においても高精度に計算する手法を開発することが必要である。しかしながら、ボゴリウボフドジャン法は行列の対角化問題であるために、大きな超伝導体での計算を精度よく高速に行うことは難しかった。そこで、本研究においては、超伝導秩序変数とグリーン関数の局所性を利用することにより、従来の計算よりも計算量を大幅に削減した手法「局所クリロフボゴリウボフドジャン法(LK-BdG法)」を開発した。この手法により、自己無撞着計算であればシステムサイズの1乗、状態密度などの局所量であればシステムサイズに依存しない計算量で実行が可能となった。これにより、5000万次元以上の行列に対する問題を解くことが可能となり、磁束集団などこれまでシミュレーションが不可能であった領域のシミュレーションが可能となった。

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