東京大学物性研究所

東京大学大学院理学系研究科

科学技術振興機構

概要

東京大学物性研究所の松田拓也 特任研究員、松永隆佑 准教授らの研究グループは、大学院理学系研究科物理学専攻及び同研究所の中辻知 教授の研究グループおよび米国の研究グループと協力して、室温において反強磁性金属の異常ホール効果をテラヘルツ周波数帯で観測することに成功しました。

ハードディスクに代表される既存の磁気デバイスの情報処理には強磁性体が持つスピン秩序（磁化）が用いられています。より高速化するためには強磁性体より2,3桁速くスピンの向きが変化し、テラヘルツ周波数（THz、毎秒約1兆回）で駆動させることができる反強磁性体を活用することが期待されています。しかし反強磁性体は外部刺激に対する応答が非常に小さく、スピン秩序の情報を読み出すことがこれまで困難でした。

本研究では、2015年に中辻教授らによって開発された反強磁性金属化合物Mn₃Snに注目し、この物質特有の反強磁性秩序に由来する異常ホール効果をテラヘルツ周波数で観測することに成功しました（図1）。

図1: 反強磁性金属Mn₃Sn薄膜におけるテラヘルツ周波数帯の異常ホール効果

その結果、強磁性体並みに大きな異常ホール電流がテラヘルツ周波数帯でもほぼ無散逸に流れること、スピン情報が半年以上経過してもなお安定に保持されることなどが明らかになり、反強磁性体を用いたスピン秩序情報の高速読み出しに向けた指針が築かれました。また今回開発された手法によって1兆分の1秒の時間分解能で異常ホール効果の計測が実現したため、今後より詳細な研究による物性の解明が期待されます。本研究成果は国際科学雑誌Nature Communicationsの2020年2月14日付けオンライン版に公開されました。

詳細については、物性研究所 のホームページをご覧ください。