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Research
磁性
- 磁性体における相転移とスピン流、熱流輸送
電荷の移動が電流をつくるように、磁性体においてスピンが時間変化するとスピン流が生じます。電気的性質だけでなく、このスピン流を工学的に利用、応用する分野は、エレクトロニクスと対比してスピントロニクスと呼ばれています。我々は、磁性体においてスピンの状態変化（相転移）が生じる際に、スピン流や熱流の伝導性にどような影響が現れるのかを数値計算と解析計算を駆使して調べています。スピンが作るナノ構造体である磁気渦や反渦は熱揺らぎによって対生成や対消滅を起こすことが知られており、Berezinskii-Kosterlitz-Thouless(BKT)転移などのトポロジカル転移において重要な役割を果たします。通常、渦度は±1, ±2など整数値をとりますが、磁気的フラストレーションが存在する場合には、２進数で特徴付けられる特殊渦(Z2渦)などが実現可能となります。これらの渦が示すトポロジカル転移においてスピン伝導率が発散すること（熱伝導率には異常なし！）を明らかにしており、今後スピントロニクスの技術を用いた物性測定が期待されます。
[関連した研究：1, 2, 3 ]
スピン輸送（左）と熱輸送（右）
- フラストレーションが創るトポロジカル磁気構造
近年、磁性体中のトポロジカル磁気構造が基礎、応用の両面から注目を浴びています。２次元系の磁気スカーミオンや３次元系の磁気ヘッジホッグ（磁気モノポール）がトポロジカル磁気構造の代表例ですが、我々はこれらの発現機構としてスピン間に働く相互作用の競合（磁気的フラストレーション）に着目した研究を行っています。ブリージングパイロクロア反強磁性体において、等方的なHeisenbergスピンがフラストレーションの結果、自発的に立体構造を示すようになり、磁気ヘッジホッグ格子が実現することを明らかにしています。さらに、２次元カゴメ格子では、通常磁場下で実現するスカーミオン結晶がブリージング性によりゼロ磁場でも実現することを見出しました。これは、金属系ではゼロ磁場であってもトポロジカルホール効果が観測可能であることを示しており、今後、モデル物質の探索が行われるのではないかと期待しています。
[関連した研究：1, 2, 3, 4 ]
磁気スカーミオン（左）と磁気ヘッジホッグ（右）
- フラストレート磁性体におけるスピン-格子カップリングの効果
フラストレート磁性体は、しばしばベースである格子を歪ませることでスピン間のフラストレーションを解消してスピンの秩序化を促します。こうしたスピンと格子がカップルした磁気構造相転移を示す磁性体の典型例として、スピネルクロム酸化物ACr2O4(A=Zn, Cd, Hg, Mg)が知られています。これらの反強磁性体では、パイロクロア格子と呼ばれる正四面体が頂点共有した３次元ネットワーク格子が実現しています。我々は、パイロクロア格子、および大小の四面体が交互に連なったブリージングパイロクロア格子上の古典Heisenbergモデルに対しモンテカルロ数値シミュレーションを行うことで、局所的な格子歪みがスピン-格子カップリングを通じてスピンの秩序化にどのような影響を与えるのかを調べています。
[関連した研究：1, 2, 3, 4 ]
パイロクロア格子（左）と各四面体上の磁気的フラストレーション（右）
