強相関物質研究グループ

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研究室概要
メンバー一覧
主要論文
研究紹介記事

主宰者

主宰者名

田口康二郎 Yasujiro Taguchi

学位

工学博士

役職

グループディレクター

略歴

1993	ソニー株式会社総合研究所研究員
1997	東京大学大学院工学系研究科助手
2002	同博士学位取得
2002	東北大学金属材料研究所助教授
2007	理化学研究所交差相関物質研究チームチームリーダー
2010	同強相関物質研究チームチームリーダー
2013	同創発物性科学研究センター強相関物理部門強相関物質研究チームチームリーダー
2018	同創発物性科学研究センター強相関物理領域強相関物質研究グループグループディレクター（現職）
2018	同創発物性科学研究センターセンター長室長
2024	同創発物性科学研究センター副センター長（現職）

研究室概要

当グループでは、遷移金属酸化物をはじめとする強相関電子系のバルク試料において、巨大な交差相関応答の発現やその機構の解明、および新しい物質機能の創製を目的としている。そのために、超高圧合成をはじめとする種々の合成法を用いて試料を合成し、新物質・新機能探索を行っている。具体的には、（1）新規スキルミオン物質の開発、（2）マルチフェロイクス物質における電気磁気交差応答の巨大化・高温化、(3)新規磁性体の開拓、（4）新規熱電材料の開発などである。これらの強相関材料における巨大応答を利用して、持続可能社会の構築に資する新機能性材料の創製を目指す。

研究分野

物理学、工学、材料科学

キーワード

強相関電子系
スキルミオン
マルチフェロイクス
熱電効果

研究紹介

室温でアンチスキルミオンを示す新物質の発見

スキルミオンは、整数のトポロジカル数で定義されるナノメートルサイズの磁気渦であり、安定な粒子として振舞うことから、高性能の磁気メモリーとしての応用が期待されている。一方、アンチスキルミオンは、スキルミオンと逆符号のトポロジカル数を持つ磁気渦であり、新しいトポロジカル磁気構造として近年注目されている。しかしながら、これまでに報告されているアンチスキルミオン物質はD_2d対称性を持つホイスラー合金のみであり、アンチスキルミオンのトポロジカル物性の解明と応用の実現に向けて、新物質開拓が求められていた。当グループでは、S₄対称性を持つシュライバーサイト (Fe, Ni)₃PにPdを加えたFe_1.9Ni_0.9Pd_0.2Pを合成し、室温を含む広い温度範囲でアンチスキルミオンが発現することを発見した。また、磁場や試料の厚さを変えることでアンチスキルミオンとスキルミオンが相互変換できることや、厚い試料の表面付近でS₄対称性を反映したノコギリ型の新奇な磁気ドメイン構造が発現することを見出した。

(a)スキルミオン、(b)アンチスキルミオン、および(c)アンチスキルミオン物質の結晶構造の対称性を模式的に示した。

室温スキルミオンと準安定状態におけるスキルミオン格子の構造変形

スキルミオンはナノメートルサイズの磁気渦であり、トポロジカルな性質により安定な粒子として振舞う。このため、高性能の磁気メモリーとしての応用が期待されている。しかしながら、これまでに報告されているカイラル・スキルミオンの生成は280 K以下の温度に限られており、応用の観点からは、より高温でスキルミオンを実現することが望まれていた。当チームでは、立方晶でカイラルなb-Mn型構造のCo-Zn-Mn合金において、室温および室温以上の温度でスキルミオン結晶が生成することを発見した。さらに、この熱平衡スキルミオン相から磁場を印加したまま冷却することで、幅広い温度および磁場領域において、スキルミオン格子が準安定状態として存在し続けることを見出した。また、磁場中冷却の過程で、スキルミオン格子の形状が、通常の三角格子から、正方格子へと変形することを見出した。

スキルミオン格子の構造変形

メンバー一覧

田口康二郎 Yasujiro Taguchi	グループディレクター	y-taguchi[at]riken.jp
Markus Wilhelm Bernhard Kriener	上級研究員	markus.kriener[at]riken.jp
中村大輔 Daisuke Nakamura	上級研究員	daisuke.nakamura.rg[at]riken.jp
吉川明子 Akiko Kikkawa	上級技師	kikkawa[at]riken.jp
Zhehong Liu	特別研究員
Gurvan Henri Jean Bosser	テクニカルスタッフI

主要論文

D. Nakamura, K. Karube, K. Matsuura, F. Kagawa, X. Yu, Y. Tokura, and Y. Taguchi

Transport signatures of magnetic texture evolution in a microfabricated thin plate of antiskyrmion-hosting (Fe, Ni, Pd)₃P

Phys. Rev. B 108, 104403 (2023)
K. Karube, L. Peng, J. Masell, M. Hemmida, H.-A. K. von Nidda, I. Kezsmarki, X. Yu, Y. Tokura, and Y. Taguchi

Doping Control of Magnetic Anisotropy for Stable Antiskyrmion Formation in Schreibersite (FeNi)₃P with S₄ symmetry

Adv. Mater. 34, 2108770 (2022)
K. Karube, L. C. Peng, J. Masell, X. Z. Yu, F. Kagawa, Y. Tokura, and Y. Taguchi

Room-temperature antiskyrmions and sawtooth surface textures in a non-centrosymmetric magnet with S₄ symmetry

Nat. Mater. 20, 335 (2021)
M. Kriener, M. Sakano, M. Kamitani, M. S. Bahramy, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira, K. Ishizaka, Y. Tokura, and Y. Taguchi

Evolution of Electronic States and Emergence of Superconductivity in the Polar Semiconductor GeTe by Doping Valence-Skipping Indium

Phys. Rev. Lett. 124, 047002 (2020)
V. Kocsis, T. Nakajima, M. Matsuda, A. Kikkawa, Y. Kaneko, J. Takashima, K. Kakurai, T. Arima, F. Kagawa, Y. Tokunaga, Y. Tokura, and Y. Taguchi

Magnetization-polarization cross-control near room temperature in hexaferrite single Crystals

Nat. Commun. 10, 1247 (2019)

研究紹介記事

2020年05月22日 Superconductivity emerges in semiconductor on doping with valence-skipping metal

A long-known semiconductor that turns into a superconductor on doping provides a good system for exploring the effects of valence skipping
2019年06月04日 Crystals could make data storage more energy efficient

Crystals with special magnetic and electrical properties could help reduce the power consumed by memory storage devices
2019年01月18日 Photoreactions activate magnetic nanoswitches

Light induces photoreactions that activate the switch of the magnetic orientation of 2D materials dispersed in water
2018年02月23日 Chiral magnets show bulk diode effect due to spin fluctuation

Materials with left- and right-handed responses to current exhibit an intriguing diode effect
2017年01月06日 Sturdy skyrmions stack up

A new form of low-power computing that uses miniscule magnetic whirlpools to store and process data is a step closer to becoming a reality
2015年05月18日 Flicking the switch on spin-driven devices

Compressing magnetically and electrically active crystals in one direction unlocks exotic spintronic switching activity
2015年03月09日 Skyrmions get a sonic touch

The use of sound waves to probe nanoscale magnetic whirls called skyrmions could help to develop next-generation memory and data storage technology
2014年08月05日当たり前ではない現象が起きる物質をつくり出す研究者

磁場で磁石のN極とS極の向きが入れ替わる（磁化が反転する）のは、当たり前に起きる現象だ。一方、電場で磁化が反転する現象は、当たり前ではない。
2013年05月05日強相関電子系で物質の機能を広げる

電場で磁化の向きが反転するような当たり前でない応答を“交差相関応答”と呼ぶ。強相関電子系を利用すると、さまざまな交差相関応答を実現して、物質の機能を広げることができる可能性がある。