プレスリリース・研究成果

反強磁性体におけるトポロジカルホール効果の実証に成功 ――磁気情報の新しい読み出し手法としての活用に期待――

2023/04/21

発表のポイント

  • スピンの立体的な配列に起因して、電子の進行方向が曲がる現象「トポロジカルホール効果」を、磁化を持たない反強磁性体において実証することに成功しました。
  • 従来、ホール効果の発現には磁場や磁化が必要であると考えられていましたが、これらを必要とせずにホール効果を生み出せることが明らかになりました。
  • 磁化を持たない反強磁性体における磁気情報の読み出し手法として利用できるため、反強磁性体をベースにした新しい磁気記憶素子の開発につながることが期待されます。

概要

東北大学金属材料研究所の鈴木通人 准教授 (大阪大学大学院基礎工学研究科スピントロニクス学術連携研究教育センター招へい准教授)は、東京大学大学院工学系研究科の高木寛貴 大学院生(研究当時)、高木里奈 助教(研究当時)、関真一郎 准教授ら研究グループとの共同研究を通じて、スピンの立体的な配列に起因して電子の進行方向が曲げられる現象「トポロジカルホール効果」を、磁化を持たない反強磁性体において実証することに成功しました。

ホール効果は、地磁気の検出や、強磁性体における磁気情報の読み出しなどに広く活用されている現象で、通常は磁場や磁化に比例して生じることが知られています。一方、本研究で注目した反強磁性体においては、四面体状のスピン配列の中を運動する電子が「曲がった空間」に由来した仮想磁場を感じることで、強磁性体に匹敵する巨大なホール効果が発現することが明らかになりました(図1)。上記の現象は、磁化を持たない反強磁性体における磁気情報の新たな読み出し原理として利用できることが期待され、反強磁性体をベースにした高速・高密度な新しい磁気情報素子の開発につながることが期待されます。

本研究成果は2023年4月20日(英国夏時間)に英国科学誌「Nature Physics」オンライン版に掲載されました。

 

詳細

 

図1:磁化を持つ強磁性体における通常のホール効果と、磁化を持たない反強磁性体におけるトポロジカルホール効果。前者では磁化が、後者では立体的なスピン配列が誘起する仮想磁場が、それぞれ電子(灰色の円)の進行方向を曲げる原因となる。赤い矢印はスピンの向きを表している。