渦状スピン構造体であるスキルミオンは小電流密度での駆動が可能であるため, 低消費電力で使用できるメモリーへの応用が期待されている。スピングラス様磁性が観測されるB20型構造を持つ物質の中にスキルミオンの発現が期待されるものがあるが, そのスキルミオンは典型的な物質とは異なる挙動を示すと予想される。本研究では, スピングラスと共存するスキルミオンの存在を調べ, その動的性質からスピン構造を検討する。
スピングラス磁性の特徴が確認されているB20型Cr0.81Mn0.19Geにおいてスキルミオンの発現を確認するために, 直流磁場をバイアスした交流磁化率と磁気抵抗の測定を行い, 磁気相図を作製する。典型的なスキルキミオン材料であるB20型MnSiにCoをドープしたMn1-xCoxSiに対してもスピングラスとスキルミオンの共存の可能性を調べた。
Cr0.81Mn0.19Geの交流磁化率の虚数成分に見られるピークの周波数依存性をcritical slowing down則により解析することで, 磁気転移温度9.3 K, 臨界指数z ν = 8.2とスピン反転時間τ0 = 2.2 × 10-10 secが得られた。得られた臨界指数より, このピークはスピングラス発現に対応するものと考えられ, τ0 は典型的なスピングラスよりも長いことより, このスピングラスがより大きなスピン集合から発現することが示唆された。直流磁場をバイアスした交流磁化率からスピングラスは10 Oe以下の磁場で存在することもわかった。
直流磁場をバイアスした交流磁化率にスピングラスが観測される領域より高磁場側にピークが観測された。磁気抵抗の磁場依存性にも同じ温度と磁場でピークが観測され, このピークはスキルミオンの発現に対応するものと考えられる。このピークから磁気相図を作成した結果, スキルミオン様のスピン構造はスピングラスを発現させることが示唆された。
なお, Mn1-xCoxSiにおいてはスキルミオンの発現を示唆する特徴は観測されなかった。
Since the skyrmion that has a spiral spin structure can be driven with a small current density, it is expected to be applied to memories that can be used with low power consumption. Some skimmons are expected to appear in substances having a B20 type structure in which spin glass like magnetism is observed, but the skyrmion is expected to behave differently compared with typical substances. In this study, we investigate the existence of skyrmion coexisting with spin glasses and the spin structure based on its dynamic properties.
In order to confirm the appearance of skyrmion in the B20 type Cr0.81Mn0.19Ge in which the characteristics of spin glass have been confirmed, the AC magnetic susceptibility biasing DC magnetic field and the magnetoresistance were measured to make a magnetic phase diagram. We investigated the possibility of coexistence of spin glass and skyrmion also for Mn1-xCoxSi in which Co is doped in B20 type MnSi which is a typical skyrmion material.
By analyzing the frequency dependence of the peak seen in the imaginary component of AC magnetic susceptibility of Cr0.81Mn0.19Ge by the critical slowing down rule, the magnetic transition temperature of 9.3 K, the critical index zν = 8.2 and the spin flipping time τ0 = 2.2 × 10-10 sec were obtained. Based on the obtained critical index, this peak is considered to correspond to appearance of spin glass, and it was suggested that τ0 is longer compared with typical spin glasses, so that this spin glass originates from larger spin aggregates. From the AC magnetic susceptibility biasing DC magnetic field, it was also found that the spin glass exists in a magnetic field of 10 Oe or less.
A peak was observed on the higher magnetic field side than the region where spin glasses are observed in AC magnetic susceptibility biasing DC magnetic field. A peak was also observed in the magnetic field dependence of the magnetoresistance at the same temperature and magnetic field, and thus this peak is thought to correspond to the appearance of skyrmion. The magnetic phase diagram prepared based on the peaks suggests that the spin structure like skyrmion induces spin glass.
In Mn1-xCoxSi, features suggestive of the appearance of skyrmion were observed.