ローレンツ顕微鏡による強磁性酸化物中の磁気スキルミオン状磁気クラスターの観察

摘要

Magnetic skyrmions, where the spin configuration is a vortexlike spin swirling, show intriguing phenomena such as the topological Hall effect, and motion under ultralow electric-current density, leading to new magnetic devices. In colossal magnetoresistive man-ganites, the possible presence of magnetic skyrmion-like structures has been discussed so far. Lorentz transmission electron microscopy (LTEM) has an advantage of being able to observe such local magnetization distributions in real space. We therefore used LTEM to directly observe magnetic clusters in manganites. In the LTEM images, possible magnetic skyrmion-like vortices are visualized and show the repeated reversal of magnetic chirality caused by thermal fluctuation. When two magnetic clusters locate near each other, the repeated magnetization reversal becomes fully synchronized. In addition, we developed the quantitative determination of the barrier energy for the magnetization reversal by LTEM only.%磁性体中に存在するナノスケールのトポロジカル磁気構造(磁壁，磁気渦など）は，スピンが平行に揃った強磁性や反平行に揃った反強磁性と異なる非一様な磁気構造を持ち，それらの幾つかにおいては磁気構造に由来した従来にない物理特性が現れるため，情報技術に応用して新しい磁気素子を作り出そうとする，所謂スピントロニクス研究が盛んに行われている.近年実験的に発見された磁気スキルミオンもトポロジカル磁気構造のーつであり，Fig.1の模式図に示すような磁気渦構造をもつ.渦の中心ではスピンは上向き(もしくは下向き）であり，外側に向かうにつれてスピンが回転して行き，最終的に中心と反対の下向き(上向き）になる.磁気スキルミオンを上から見た場合，投影方向(面内成分）の磁化が渦状になっている.典型的なサイズは5-100nm程度である.磁気スキルミオンの発見後，その特徴的な磁気渦構造に由来する巨大な異常ホール効果(トポロジカル•ホール効果),超低電流密度での磁気スキルミオン駆動などが実験的に示され,高密度•省電力磁気デバイスへの応用の観点から，世界中で精力的に磁気スキルミオンの研究が行われている.