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SR studies on copper minerals藤原 理賀; 岡部 博孝*; 幸田 章宏*
Interactions (Internet), 245(1), p.13_1 - 13_6, 2024/12
量子状態を実験的に観測することは難しい。さらに、エキゾチックな量子状態が実現すると予測されている格子系の中には、理想的なモデル物質が見つかっていない系も存在する。銅鉱物の中には、未研究の低次元量子磁性体がまだまだ多く存在し、その数は年々増加している。我々は、銅鉱物が発見された自然環境を模倣することで7種類の銅鉱物の人工合成に成功し、さらにその量子状態を報告した。パルスミュオンの特性は、人工銅鉱物のスピン状態の調査に大変適している。その有用性を、fedotoviteのSR測定の結果を示しながら、紹介する。
MnGaメタ磁性形状記憶合金の開発伊東 達矢; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 貝沼 亮介*
物性研だより, 63(3), p.8 - 10, 2023/10
メタ磁性形状記憶合金は磁場により駆動することが出来る形状記憶合金であり、センサーやアクチュエーター等での応用が期待されている。しかし、これまでに開発されてきた合金系ではマルテンサイト変態に伴うエネルギーロスが大きいという問題点があった。近年、我々の研究グループではPd
MnGa合金において初めて相変態によるエネルギーロスの小さなメタ磁性形状記憶合金を発見した。本稿ではその内容を紹介する。
針井 一哉*; 埋田 真樹; 有沢 洋希*; 日置 友智*; 佐藤 奈々; 岡安 悟; 家田 淳一
Journal of the Physical Society of Japan, 92(7), p.073701_1 - 073701_4, 2023/07
被引用回数：1 パーセンタイル：61.99(Physics, Multidisciplinary)Magnetic property modification of an easy-plane magnetic insulator caused by an accumulation of nanocolumnar defects along the film normal was investigated by numerical simulations and heavy-ion beam irradiation experiments. Micromagnetic simulations suggest that depending on the density of the nonmagnetic nanocolumnar defects, the microstructure of the fragmented ferromagnetic domains is formed leading to magnetic coercivity enhancement as well as magnetization reduction. To prove this prediction, gold ions with 300 MeV were used for the irradiation to create amorphous nanocolumnar defects in crystalline bismuth-doped lutetium iron garnet (Bi:LuIG) films. As increasing the ion-irradiation dose, the modifications of the saturation magnetization and magnetic coercivity were observed in an uncorrelated manner; the enhancement of magnetic coercivity exhibits a fluence threshold whereas the decrease of saturation magnetization caused by ion-beam damage is monotonic with increasing beam fluence. These behaviors qualitatively agree with the numerical simulations and the models by continuum percolation theory. Because the irradiation effects are controlled by beam fluences, the present method has the potential to be a microstructuring technique for magnetic insulator.
Lee, S.*; 仲田 光樹; Tchernyshyov, O.*; Kim, S. K.*
Physical Review B, 107(18), p.184432_1 - 184432_12, 2023/05
被引用回数：4 パーセンタイル：90.23(Materials Science, Multidisciplinary)超対称量子力学に基づき、反強磁性スカーミオン構造を有する磁壁中のマグノンのトポロジカル量子輸送物性を明らかにする。スカーミオン型の磁気構造を有する磁壁中を伝搬するマグノンは、一種のゲージ場として作用する有効磁場を獲得する。そこで、この有効磁場中でのマグノンの反射・屈折現象を超対称量子力学に基づいて解析し、その伝搬および束縛マグノン状態を明らかにする。そして、ラウダウアー公式を用いて、磁壁のカイラリティが増加するにつれてマグノンによる熱流が減少することを明らかにする。本研究はスピンホール効果を活用した熱流の制御方法を理論的に提案する。
佐藤 哲也*; 加藤 岳生*; 大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review B, 107(8), p.L180406_1 - L180406_6, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：54.89(Materials Science, Multidisciplinary)We examine the mechanical rotation of a levitated magnetic particle that is induced by ferromagnetic resonance under microwave irradiation. We show that two stable solutions appear in a certain range of parameters by bifurcation when the rotation frequency is comparable to the microwave frequency. This phenomenon originates from the coexistence of the Barnett and the Einstein-de Haas effects. We also reveal that this measurement is sensitive to the strength of the spin-rotation coupling. Our work provides a platform for accessing a microscopic relaxation process from spin to macroscopic rotation.
佐野 涼太郎*; 松尾 衛
Physical Review Letters, 130(16), p.166201_1 - 166201_7, 2023/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)Recent experiments have shown an indication of a hydrodynamic magnon behavior in ultrapure ferromagnetic insulators; however, its direct observation is still lacking. Here, we derive a set of coupled hydrodynamic equations and study the thermal and spin conductivities for such a magnon fluid. We reveal the drastic breakdown of the magnonic Wiedemann-Franz law as a hallmark of the hydrodynamics regime, which will become key evidence for the experimental realization of an emergent hydrodynamic magnon behavior. Therefore, our results pave the way toward the direct observation of magnon fluids.
Sn nanodot佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
Applied Physics Letters, 122(12), p.122404_1 - 122404_5, 2023/03
被引用回数：1 パーセンタイル：54.89(Physics, Applied)
-MnSn, an antiferromagnet having a non-collinear spin structure in a kagome lattice, has attracted great attention owing to various intriguing properties such as large anomalous Hall effect. Stability of magnetic state against thermal fluctuation, characterized in general by the thermal stability factor 
, has been well studied in ferromagnetic systems but not for antiferromagnets. Here we study of the antiferromagnetic MnSn nanodots as a function of their diameter 
. To obtain , we measure the switching probability as a function of pulse-field amplitude and analyze the results based on a model developed by accounting for two and six-fold magnetic anisotropies in the kagome plane. We observe no significant change in down to 
nm below which it decreases with . The obtained dependence is well explained by a single-domain and nucleation-mediated reversal models. These findings provide a basis to understand the thermal fluctuation and reversal mechanism of antiferromagnets for device application.
Zn
probed by muon spin relaxation髭本 亘; 佐藤 一彦*; 伊藤 孝; 大石 一城*; 才賀 裕太*; 小坂 昌史*; 松林 和幸*; 上床 美也*
Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012039_1 - 012039_5, 2023/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.2(Physics, Applied)立方晶構造を持つYbCoZnは極めて大きい電子比熱係数を持つことが知られ、またその基底状態は量子臨界点の近傍に位置するものと考えられている。実際に1-2GPaの圧力をかけると長距離磁気秩序状態が確認されている。我々はこの物質の常圧での磁気的基底状態を確認するためにミュオンスピン緩和測定を行った。その結果小さな磁気モーメントが作る揺らいだ磁場が観測された。
仲田 光樹; 鈴木 渓
Physical Review Letters, 130(9), p.096702_1 - 096702_6, 2023/03
被引用回数：2 パーセンタイル：61.99(Physics, Multidisciplinary)量子場の真空ゆらぎによって創発されるカシミア効果は、古典力学には対応物が存在しないという意味において真に量子力学的な効果である。しかし、カシミア効果はこれまでフォトン(光子)を舞台に研究されており、磁性体中でのカシミア効果、特にそのカシミアエネルギーの膜厚依存性については十分な理解は得られていない。そこで本研究では格子場の理論の観点から、磁性絶縁体中のスピン波を量子化したマグノンに着目し、マグノン量子場により創発されるカシミア効果「マグノン・カシミア効果」及びその膜厚依存性を明らかにする。更に反強磁性絶縁体だけでなくフェリ磁性絶縁体(例:YIG)においてもマグノン・カシミア効果が創発することを示し、スピントロニクス分野で中心的な役割を担うYIGがカシミア効果の工学的応用を目指すカシミアエンジニアリング分野にとっても絶好の舞台であることを明らかにする。本研究は、マグノン・カシミアエンジニアリングの基礎学理の構築に大きく貢献することが期待される。
BaCo(PO
)Sheng, J.*; Wang, L.*; Candini, A.*; Jiang, W.*; Huang, L.*; Xi, B.*; Zhao, J.*; Ge, H.*; Zhao, N.*; Fu, Y.*; et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 119(51), p.e2211193119_1 - e2211193119_9, 2022/12
被引用回数：3 パーセンタイル：28(Multidisciplinary Sciences)Although considerable progress has been made in the theoretical understanding of the low-dimensional frustrated quantum magnets, experimental realizations of a well-established scaling analysis are still scarce. This is particularly true for the two-dimensional antiferromagnetic triangular lattices. Owing to the small exchange strength, the newly discovered compound NaBaCo(PO) provides a rare opportunity for clarifying the quantum criticality in an ideal triangular lattice with quantum spin S=1/2. In addition to the establishment of the complete phase diagrams, the spin Hamiltonian with a negligible interplane interaction has been determined through the spin wave dispersion in the polarized state, which is consistent with the observation of a two-dimensional quantum critical point with the Bose-Einstein condensation of diluted free bosons.
舩津 拓也*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Communications (Internet), 13, p.4079_1 - 4079_8, 2022/07
被引用回数：2 パーセンタイル：34.67(Multidisciplinary Sciences)外部摂動によるエネルギー配置の変調は、アレニウスの法則によって記述されるさまざまな熱活性化現象を支配している。スピン移行トルク(STT)によるナノスケールの磁気トンネル接合の熱ゆらぎの利用は、非従来型計算機の可能性を示しているものの、ネール・アレニウス則に基づくその厳密な表現については未解明な点がある。特に、その中の熱的に活性化されるスイッチング速度の指数は、10年の長い保持時間を持つ従来の熱的に安定なナノ磁石では到達できなかった。本研究では、外部摂動に対して高い感度を持つ超常磁性トンネル接合を利用することで、STTによるネール・アレニウス則に迫り、強磁性共鳴のホモダイン検出,ナノ秒STTスイッチング,ランダム電信ノイズなどのいくつかの独立した測定を通じて指数を決定する。さらに、結果がさまざまな物理システムで観察された局所分岐の概念によって包括的に記述されていることを示す。調査結果は、統計物理学の有用なテスターとしての超常磁性トンネル接合の能力、および厳密な数学的基盤を備えた確率的コンピューティングハードウェアの高度なエンジニアリングの可能性を示している。
Chen, L.*; Mao, C.*; Chung, J.-H.*; Stone, M. B.*; Kolesnikov, A. I.*; Wang, X.*; 村井 直樹; Gao, B.*; Delaire, O.*; Dai, P.*
Nature Communications (Internet), 13, p.4037_1 - 4037_7, 2022/07
被引用回数：8 パーセンタイル：53.42(Multidisciplinary Sciences)Spin and lattice are two fundamental degrees of freedom in a solid, and their fluctuations about the equilibrium values in a magnetic ordered crystalline lattice form quasiparticles termed magnons (spin waves) and phonons (lattice waves), respectively. In most materials with strong spin-lattice coupling (SLC), the interaction of spin and lattice induces energy gaps in the spin wave dispersion at the nominal intersections of magnon and phonon modes. Here we use neutron scattering to show that in the two-dimensional (2D) van der Waals honeycomb lattice ferromagnetic CrGeTe, spin waves propagating within the 2D plane exhibit an anomalous dispersion, damping, and breakdown of quasiparticle conservation, while magnons along the c axis behave as expected for a local moment ferromagnet. These results indicate the presence of dynamical SLC arising from the zero-temperature quantum fluctuations in CrGeTe, suggesting that the observed in-plane spin waves are mixed spin and lattice quasiparticles fundamentally different from pure magnons and phonons.
増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅
Physical Review Applied (Internet), 17(5), p.054036_1 - 054036_9, 2022/05
被引用回数：6 パーセンタイル：73.14(Physics, Applied)反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。
-wave superconductor/ferromagnetic insulator bilayer systems大湊 友也*; 山影 相*; 加藤 岳生*; 松尾 衛
Physical Review B, 105(20), p.205406_1 - 205406_7, 2022/05
被引用回数：8 パーセンタイル：77.62(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate ferromagnetic resonance (FMR) modulation in -wave superconductor (SC)/ferromagnetic insulator (FI) bilayer systems theoretically. The modulation of the Gilbert damping in these systems reflects the existence of nodes in the -wave SC and shows power-law decay characteristics within the low-temperature and low-frequency limit. Our results indicate the effectiveness of the use of spin pumping as a probe technique to determine the symmetry of unconventional SCs with high sensitivity for nanoscale thin films.
Sn thin films by magneto-optical Kerr effect内村 友宏*; Yoon, J.-Y.*; 佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 金井 駿*; 武智 涼太*; 岸 桂輔*; 山根 結太*; DuttaGupta, S.*; 家田 淳一; et al.
Applied Physics Letters, 120(17), p.172405_1 - 172405_5, 2022/04
被引用回数：10 パーセンタイル：83.82(Physics, Applied)We perform a hysteresis-loop measurement and domain imaging for 
-oriented -Mn
Sn
thin films using magneto-optical Kerr effect (MOKE) and compare it with the anomalous Hall effect (AHE) measurement. We obtain a large Kerr rotation angle of 10 mdeg., comparable with bulk single-crystal MnSn. The composition 
dependence of AHE and MOKE shows a similar trend, suggesting the same origin, i.e., the non-vanishing Berry curvature in the momentum space. Magnetic domain observation at the saturated state shows that x dependence of AHE and MOKE is explained by an amount of reversible area that crucially depends on the crystalline structure of the film. Furthermore, in-depth observation of the reversal process reveals that the reversal starts with nucleation of sub-micrometer-scale domains dispersed in the film, followed by a domain expansion, where the domain wall preferentially propagates along the ![$$[11bar{2}0]$$](/search/images/ERNTCMK2MJQXE4ZSPUYF0JA.gif)
direction. Our study provides a basic understanding of the spatial evolution of the reversal of chiral-spin structure in non-collinear antiferromagnetic thin films.
-edge EXAFS and magnetic EXAFS studies on the halfmetallic ferromagnet CoMnSi向後 純也*; 藤原 秀紀*; 関山 明*; 斎藤 祐児; 梅津 理恵*; 二木 かおり*
Journal of the Physical Society of Japan, 91(3), p.034702_1 - 034702_12, 2022/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)We report magnetic circular dichroism in extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) in a prototypical halfmetallic ferromagnet, CoMnSi. The EXAFS oscillations at the Mn L edges are analyzed to obtain parameters used in the analysis of the magnetic EXAFS (MEXAFS). Theoretical calculations of MEXAFS spectra in CoMnSi show that the linear-path scatterings have larger contributions than the multiple triangular-path scatterings. Furthermore, the period of the oscillations in the MEXAFS spectra is shorter than that in the EXAFS spectra indicating that the far site contributions from the second to the fourth nearest neighbor Co and the third nearest Si atoms can strongly influence the MEXAFS oscillations, while the Mn atoms, despite the large magnetic moment, can have little contributions due to the interference of the spin components.
徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 芳賀 芳範; 常盤 欣文; Opletal, P.; 藤林 裕己*; 金城 克樹*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 91(2), p.023707_1 - 023707_5, 2022/02
被引用回数：14 パーセンタイル：93.17(Physics, Multidisciplinary)ウラン系の強磁性超伝導体で議論されてきた、「強磁性ゆらぎによるスピン三重項超伝導対の形成」および「強磁性ゆらぎを介した磁場による対形成引力の制御」というコンセプトがUTeにおいても成り立つことを期待させる。しかしその一方、では静的な強磁性秩序は存在せず、低温の磁気状態がこれまでのウラン系強磁性超伝導体にどこまで近いのかという点については疑問を持たれていた。実際、最近の中性子散乱実験では、比較的高温側から反強磁性に近いq=0.57という波数を持った磁気ゆらぎの発達が示されている。本研究では
Te-NMR実験により低温で非常に遅いゆっくりとした揺らぎが発達する様子を捉えることに成功した。このことはこの系の低温における強い相関の発達を示唆している。
Schreiber, F.*; Meer, H.*; Schmitt, C.*; Ramos, R.*; 齊藤 英治; Baldrati, L.*; Kl
ui, M.*
Physical Review Applied (Internet), 16(6), p.064023_1 - 064023_9, 2021/12
被引用回数：3 パーセンタイル：27.71(Physics, Applied)We analyze the complex impact of the local magnetic spin texture on the transverse Hall-type voltage in device structures utilized to measure magnetoresistance effects. We find a highly localized and asymmetric magnetic sensitivity in the eight-terminal geometries that are frequently used in current-induced switching experiments, for instance, to probe antiferromagnetic materials. Using current-induced switching of antiferromagnetic NiO/Pt as an example, we estimate the change in the spin Hall magnetoresistance signal associated with switching events based on the domain-switching patterns observed via direct imaging. This estimate correlates with the actual electrical data after subtraction of a nonmagnetic contribution. Here, the consistency of the correlation across three measurement geometries with fundamentally different switching patterns strongly indicates a magnetic origin of the measured and analyzed electrical signals.
RuO
Fittipaldi, R.*; Hartmann, R.*; Mercaldo, M. T.*; 小森 祥央*; Bj
rlig, A.*; 髭本 亘; 前野 悦輝*; Di Bernardo, A.*; 他18名*
Nature Communications (Internet), 12, p.5792_1 - 5792_9, 2021/10
被引用回数：12 パーセンタイル：64.44(Multidisciplinary Sciences)層状酸化物ペロブスカイト構造を持つSrRuOの超伝導は長年にわたり議論がなされており、その理解のために背景となる常伝導状態の振る舞いは極めて重要となる。本研究では低エネルギーミュオンを用いることで、表面における磁性の存在を見出した。この磁性は50Kよりも高い温度から見られており、他の物質の状態とも深い関連があるものと考えられる。
竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 伊藤 隆一*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Materials, 20(10), p.1364 - 1370, 2021/10
被引用回数：81 パーセンタイル：98.79(Chemistry, Physical)Electrical manipulation of magnetic materials by current-induced spin torque constitutes the basis of spintronics. Recent studies have demonstrated electrical controls of ferromagnets and collinear antiferromagnets by spin-orbit torque (SOT). Here we show an unconventional response to SOT of a non-collinear antiferromagnet, which has recently attracted great attention owing to large anomalous Hall effect despite vanishingly small net magnetization. In heterostructures with epitaxial non-collinear antiferromagnet MnSn, we observe a characteristic fluctuation of Hall resistance, which is attributed to a persistent rotation of chiral-spin structure of MnSn driven by SOT. We find that level of the fluctuation that varies with sample size represents the number of magnetic domains of MnSn. In addition, MnSn thickness dependence of critical current reveals that SOT generated by small current density below 20 MA cm
effectively acts on the chiral-spin structure even in thick MnSn above 20 nm. The results provide unprecedented pathways of electrical manipulation of magnetic materials, offering new-concept spintronics devices with unconventional functionalities and low-power consumption.
