国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科の長瀬 知輝 博士前期課程学生（当時）、川口 由紀 教授、田仲 由喜夫 教授、名古屋大学未来材料・システム研究所の石田 高史 助教、長尾 全寛 准教授、桑原 真人 准教授、齋藤 晃 教授、五十嵐 信行 教授らの研究グループは、磁性体において、様々な物理学分野で存在が予測されてきた「ドメインウォール・スキルミオン」と呼ばれる状態の観測に成功しました。
「ドメインウォール・スキルミオン」とは「欠陥」の一つであり、これまで理論的に提唱されてきましたが、明確に観測されたことはありませんでした。
研究グループは、ローレンツ電子顕微鏡を用いて、磁性薄膜の磁気構造を調べたところ、正味の磁気モーメント注1)が揃った領域(磁区)が隣接している境界（磁壁注2)・ドメインウォール）において、「トポロジカル磁気構造」注3)の一つである「スキルミオン」が鎖状に配列して磁壁の役割を担っている状態、「ドメインウォール・スキルミオン」を直接観測しました。
本研究は、様々な物理学分野の進展が期待されます。また、磁性体中の「ドメインウォール・スキルミオン」は磁壁に沿って電流誘起駆動注4)が予測されており、磁区を制御することで、情報担体とみなせる「スキルミオン」の駆動経路を設計できる可能性があります。
本研究成果は、2021年6月9日18時（日本時間6月9日18時）付英国科学誌「Nature Communications」に掲載されました。
本研究は、科学研究費助成事業（18K04679, 15K17726, 19H01824, 18K03529, 17H02737, 17K14117, JP15H05853, 20K20899）、ナノテクノロジープラットフォーム事業、未来社会創造事業（JPMJMI18G2）、CREST（JPMJCR16F2）、先端研究基盤共用促進事業、村田学術振興財団の支援のもとで行われたものです。
・磁性体中で、理論的に予測されていた「ドメインウォール・スキルミオン」の直接観察に成功。
・この観測の成功は、様々な物理学分野で進展が期待される。
・「スキルミオン」の電流駆動経路を制御ですることで、磁気メモリなどへの応用の可能性がある。
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注1）磁気モーメント：
磁力の強さと方向を表すベクトル量。
注2）磁壁：
通常、磁壁中では徐々にスピンが回転しているため、磁壁はある程度の厚さの層を形成している。磁壁はスピンの回転方向によって2種類に分類される。一つが「ブロッホ型磁壁」で、一つの磁区から隣接する磁区に移る過程で、進行方向を回転軸としてスピンが徐々に回転する。もう一つが「ネール型磁壁」で、進行方向に対して垂直方向を回転軸として、スピンが徐々に回転する。
注3）トポロジカル磁気構造：
磁石のように、スピンの向きが一方向に揃った状態とは異なり「トポロジカル磁気構造」は空間的にスピンの向きが3次元的に捻じれた磁気構造を取り、磁気構造を分類するトポロジカル数がゼロとならないものを指す。「スキルミオン」は±1の値をとる。具体的には、全てのスピンを一点に集めたとき、スピンが完全に単位球面を覆うような磁気構造体である。この値は、磁気構造を連続変形（伸ばしたり曲げたりといった操作）しても一定に保存される量であり、磁気構造体の幾何学的な制約を特徴付けている。トポロジカル磁気構造は幾何学的な制約による安定性を持ち、熱などの揺らぎに対して壊れにくいことから、電子部品への応用が期待されている。
注4）：電流誘起駆動：
スキルミオンや磁壁は電流が持つスピンとの相互作用によって、電流を流すことで動かすことが出来る。一般にこれを電流誘起駆動と呼ぶ。
雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：Observation of domain wall bimerons in chiral magnets
著者：長瀬知輝1*, 肖英紀2, 安井隼太2, 石田高史1,3, 吉田紘行4, 田仲由喜夫1,
齋藤晃1,3, 五十嵐信行1,3, 川口由紀1, 桑原真人1,3* , 長尾全寛1,3*
所属：1. 名古屋大学大学院工学研究科, 2. 秋田大学大学院理工学研究科,
3. 名古屋大学未来材料・システム研究所, 4. 北海道大学大学院理学研究院
＊責任著者
URL:https://www.nature.com/articles/s41467-021-23845-y
