IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2021/05/02

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    那波和宏　Kazuhiro NAWA
    准教授　Associate Professor

  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    無機材料研究部門
    Division of Inorganic Material Research

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    磁気準粒子
    トポロジカル物性
    中性子散乱
    Magnetic quasiparticles
    Topological properties
    Neutron scattering
研究テーマ
Research Subject
中性子散乱を用いたトポロジカルな性質を有する磁気励起の探索
Exploring magnetic excitations with topological nature using neutron scattering technique

研究の背景 Background

固体中において電子がブロッホ波を形成するように、磁性体内においてもマグノンやトリプロンと呼ばれる磁気準粒子の波が伝搬する。近年ではトポロジーと呼ばれる波動関数のつながり方の概念が電子だけでなく磁気準粒子にも拡張できることが分かってきた。電子系では固体内外のトポロジーの違いによって無散逸の表面状態を生ずることが明らかにされているが、磁気準粒子に関して同様の表面状態が実現するのかは分かっていない。

Magnetic quasiparticles, such as magnons and triplons, can propagate in magnetic materials like Bloch waves of electrons in a solid. Recently, a concept of topology, which represents the connectivity of wavefunctions, has been not only discussed for electrons but also extended to magnetic quasiparticles. In an electron system, the difference in the topology inside and outside of a solid leads to the nondissipative electron flows on the bulk surface. On the other hand, it has been unknown whether magnetic quasipalticles can realize nondissipasive surface states like electrons.

研究の目標 Outcome

本研究では中性子散乱を駆使して磁気準粒子の非自明なトポロジーを検出し、磁気準粒子の織りなす新しい物性を創出することを目的とする。磁気準粒子に関する無散逸の表面状態を利用することによって、省エネルギー情報伝達材料の開発に繋がる期待がある。

The purpose of this study is to detect nontrivial topology of magnetic quasiparticles by using neutron scattering, and explore new physical properties induced by magnetic quasiparticles. Utilizing the nondissipative surface states of magnetic quasiparticles may lead to the further development of energy efficient information transmission and processing materials.

研究図Research Figure

Fig.1. (a) Interdimer network in Ba2CuSi2O6Cl2 equivalent to (b) SSH chains weakly coupled by interchain hopping terms. Solid black circles represent triplons localized at the edge of the chains. Solid red, dashed yellow, and thin blue lines indicate magnetic interactions with different magnitudes.

Fig.2. (a) Energy-momentum maps of the scattering intensities along the (H, 0) or (0, K) direction compared with (b) dispersion relations of the weakly coupled SSH model. Intensity is integrated for the K or H range of ±0.10 and the entire observed L range.

文献 / Publications

K. Nawa et al., Nat. Comnun. 10, 2096 (2019).; K. Nawa et al., Phys. Rev. Research 2, 043121 (2020).