発表のポイント
- 空間反転対称性・時間反転対称性のいずれも持たない特殊な反強磁性体では、電流により電子の動きやすさに偏りが生じる「電子液晶化」に伴う新原理の電気伝導が予想されていましたが、実験的にはこれまで検証されていませんでした。
- ディラック電子を有する反強磁性体において、抵抗のダイオード的な成分を磁場中で精密測定することで、世界で初めて、電流による電子液晶（ネマティック）化を電気伝導において検出できました。
- さらに、電流と磁場により反強磁性パターンを制御し、ダイオード的な性質の極性のスイッチングにも成功しました。
概要
近年、自発的な磁化を持たない反強磁性体は、耐磁場性などの利点から次世代デバイスへの応用が期待されています。現在の開発の主流は、磁化を持つ強磁性体と同様に時間反転対称性のみが破れた反強磁性体です。一方、空間反転対称性も同時に破れる特殊な反強磁性体では、強磁性体とは全く異なる電子状態となるため、新原理の電気伝導が予言されていましたが、実験的な証拠はこれまで得られていませんでした。
東北大学金属材料研究所の酒井英明教授（研究開始時：大阪大学大学院理学研究科）、宮本雄哉氏（研究当時：大阪大学大学院理学研究科）、日本原子力研究開発機構の木俣基研究副主幹（研究開始時：東北大学金属材料研究所）らは、時間・空間反転対称性のいずれも持たない反強磁性体SrMnBi2において、均一な電子の動きやすさ（電子状態）が電流により液晶のように特定の方向へ偏って歪むという新現象を、電気抵抗のダイオード的な成分として初めて検出することに成功しました。さらに、反強磁性パターンを電流と磁場で制御することでダイオード特性の極性反転にも成功しました。このスイッチング可能な現象は、革新的なメモリや整流素子としてエレクトロニクス応用が期待されます。
本成果は、2026年1月7日10:00（英国時間）に科学誌Nature Communicationsにオンライン掲載されました。
なお本成果は、東京大学大学院理学系研究科の渡邉光助教（当時、現：北海道大学工学研究院）、京都大学大学院理学研究科の栁瀬陽一教授、大阪大学大学院理学研究科の越智正之准教授、近藤雅起大学院生（当時、現：東京大学物性研究所）、村川寛助教、花咲徳亮教授との共同研究によるものです。
詳細
- プレスリリース本文 [PDF: 766KB]
- Nature Communications [DOI: 10.1038/s41467-025-67229-y ]
図1. (a) PT対称磁性体の電子状態（フェルミ面）の概念図。電流印加によりフェルミ面がシフトし、系全体で面内方向に歪んだ電子ネマティック液晶状態が実現する。(b) SrMnBi2の結晶構造の模式図（左）。四面体に囲まれたMnサイトがPT対称反強磁性秩序を示す。二次元Bi層のディラック電子が形成する電子ポケットの概念図（右）。層間方向の電流により、面内で等方的な4回対称から異方的な2回対称（ネマティック状態）となる。