近年、トポロジーに起因する新奇物性が注目されている。トポロジカルな磁性体として、スピンがボルテックスのように螺旋配列を形成している磁気スキルミオン等が挙げられ、基礎・応用両面において精力的に研究されている。本セミナーでは、3種類のボルテックス (1) フラストレーション磁性体におけるZ2-ボルテックス、(2) 超伝導体におけるボルテックス格子、(3) 磁気スキルミオンを取り上げる。様々なボルテックス格子の構造、ダイナミクスを中性子散乱によって観測し、トポロジカルな物性の総合的な解明を目指している。
幾何学的フラストレーションをもつ磁性体では、Z2-ボルテックスに起因するトポロジカル転移が理論的に予想されている。スピンのカイラリティーと密接に関係するZ2-ボルテックスでは、理論研究より特徴的な中性子散乱実験結果、(a) 低温でも有限な磁気相関長、(b) 磁気ブラッグ点を結ぶライン状の磁気散漫散乱、(c) 転移温度付近で磁気散漫散乱の強度が最大、が期待される。さらに中性子非弾性散乱実験では、セントラルピークが観測される。我々はカゴメ格子と三角格子が積層するフラストレーション磁性体RBaCo4O7、RBaFe4O7の中性子実験を行い、特徴的なライン状の磁気散漫散乱を観測した。YBaCo4O7の中性子実験結果は、 先に上げた(a)-(c)と一致した結果となっており、Z2-ボルテックスが期待される。類似構造をもつLuBaCo4O7や CaBaFe4O7等に対して非弾性実験も含めた中性子散乱実験も行っており、Z2-ボルテックスの可能性を議論する。セミナーでは、別のボルテックスに注目した研究として、超伝導体におけるボルテックス格子や磁気スキルミオンの最近の中性子研究結果等についても述べる。