[研究成果] 磁石の中の竜巻（スキルミオンひも）の三次元形状の可視化に成功～新しい磁気情報処理手法の開拓に期待～（東京大学、京都大学、理化学研究所、科学技術振興機構、高輝度光科学研究センター、関学先進・鈴木研究室との共同研究）

 

研究成果

磁石の中の竜巻（スキルミオンひも）の三次元形状の可視化に成功～新しい磁気情報処理手法の開拓に期待～（東京大学、京都大学、理化学研究所、科学技術振興機構、高輝度光科学研究センター、関学先進・鈴木研究室との共同研究）

 

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」の三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、二次元系では粒子のように、三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二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三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、その三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した。

 

発表者

関 真一郎（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／理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ　客員研究員／科学技術振興機構　さきがけ研究者）
鈴木 基寛（研究当時：高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室　主席研究員、現所属：関西学院大学 工学部物質工学課程　教授）
石橋 未央（研究当時：京都大学 化学研究所　博士課程、現所属：東京大学大学院理学系研究科物理学専攻　特任研究員）
高木 里奈（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　助教／理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ　客員研究員／科学技術振興機構　さきがけ研究者）
Nguyen Duy Khanh（研究当時：理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関量子構造研究チーム　特別研究員、現所属：同強相関物質研究グループ　研究員）
塩田 陽一（京都大学 化学研究所　助教）
柴田 基洋（東京大学 生産技術研究所　助教／理化学研究所 創発物性科学研究センター 電子状態マイクロスコピー研究チーム　客員研究員）
小椎八重 航（理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関理論研究グループ　上級研究員）
十倉 好紀（理化学研究所 創発物性科学研究センター　センター長／東京大学 国際高等研究所東京カレッジ　卓越教授）
小野  輝男（京都大学 化学研究所　教授）

 

発表雑誌

雑誌名

Nature Materials（オンライン版：11月11日 英国時間）

論文タイトル

Direct visualization of the three-dimensional shape of skyrmion strings in a noncentrosymmetric magnet

著者

S. Seki*, M. Suzuki*, M. Ishibashi, R. Takagi, N. D. Khanh, Y. Shiota, K. Shibata, W. Koshibae, Y. Tokura, T. Ono*

DOI番号

10.1038/s41563-021-01141-w
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01141-w

 

リンク

関研究室（東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻）

小野研究室（京都大学化学研究所）

創発物質物性科学研究センター（CEMS）（理化学研究所）

鈴木研究室（関西学院大学理工学部先進エネルギーナノ工学科）