東京大学、理化学研究所、東北大学

富山県立大学、大阪大学、総合科学研究機構

日本原子力研究開発機構　J-PARC　科学技術振興機構（JST）

 

発表概要

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 准教授らの研究グループは、同物性研究所の中島多朗 准教授、同先端科学技術研究センターの有田亮太郎 教授ら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）。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。

 

図：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。

 

なお、本研究成果は、物理学専攻の見波 将特任助教（研究当時、現所属：京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 助教）が参加しています。

詳しくは、東京大学大学院工学系研究科 のホームページをご覧ください。