51探花

【発表のポイント】

• 従来の机构では説明できない巨大な异常ホール効果（注1）を観测しました。
• その起源が、非共面的な构造をもつスピン集団（注2）による电子散乱で説明できる可能性を、多角的な検証実験を通して提唱しました。
• 今后様々な物质において、同じ机构による巨大异常ホール効果の観测が期待でき、省エネルギーデバイスの実现に向けた新たな设计指针につながると考えられます。

【概要】

伝导电子と磁性との相互作用の结果、电流と垂直方向に电圧が生じる现象は「异常ホール効果」と呼ばれ、基础?応用の両観点から近年大きな注目を集めています。その起源には、固体中の仮想磁场（注3）に由来するものと、不纯物からの电子散乱によるものがありますが、近年の固体中の几何学的位相の概念确立によって、多くの物质で前者の寄与が支配的であることが明らかになったため、电子散乱による机构はあまり注目されてきませんでした。

东京大学大学院工学系研究科の藤代有絵子大学院生と金泽直也讲师、理化学研究所创発物性科学センターの十仓好纪センター长らを中心とする研究グループは、东京大学物性研究所の徳永将史准教授、东北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、理化学研究所创発物性科学センターの于秀珍チームリーダー、东京大学大学院工学系研究科の永长直人教授、市川昌和名誉教授、川﨑雅司教授らの研究グループと共同で、カイラル磁性体惭苍骋别（惭苍：マンガン、骋别：ゲルマニウム）の薄膜において、电子散乱机构に基づく巨大な异常ホール効果を発见しました。この结果を、従来の电子散乱机构によって説明することはできず、热励起された非共面的なスピン集団が电子を散乱するという、全く新しい机构で理解できる可能性を示しました。特に、异常ホール効果の详しい温度?磁场依存性や、膜厚制御による磁気异方性（注4）に対する変化を调べることで、上记の机构の妥当性を実証しました。

今回の成果により、电子散乱に起因した巨大异常ホール効果の観测が、今后より多くの物质で期待できます。また一般に、ホール电流はエネルギー损失を伴わないため、省电力デバイスの新たな设计指针につながることが期待できます。

図1　観测された巨大异常ホール効果の特徴と新しい电子散乱机构の模式図
(a)厚さ160ナノメートルの薄膜におけるホール伝導度の温度?磁場相図。ヘッジホッグ格子やらせん磁性が消えた強磁性領域において異常ホール効果が増大している。(b) ホール角が最大になる磁場点において、ホール伝導度と縦伝導度を温度変化させながらプロットしたもの。膜厚や品質に依らず、あらゆる試料においてスキュー散乱に特徴的な線形の比例関係を示している。比例直線の傾きの大きさがホール角に相当し、18~22 %と大きな値を取っているため、従来のスキュー散乱とは異なる機構が示唆される。(c) 熱励起された非共面的なスピン集団によって、運動する電子が横方向に散乱される様子を描いた模式図。

【用语解説】

（注1）异常ホール効果
电子が磁性と相互作用することで、ホール効果が増强されることが知られており、様々な起源を総称して「异常ホール効果」と呼ぶ。

（注2）非共面的な构造をもつスピン集団
隣り合う３つ以上のスピン立体角をもっているようなスピンの集団のこと。スピンの向きが揃っておらず、図1肠に示すように互いに倾いた状态。

（注3）仮想磁场
固体中の电子构造?磁気构造の几何学な性质は电子の位相に影响を与えるため、电子があたかも実効的な磁场を感じているかのように振る舞うことが知られている。

（注4）磁気异方性
物质中で、スピンが结晶のどちらの向きに向きやすいかという性质のこと。惭苍骋别薄膜の场合、膜厚が小さいほどスピンは薄膜の面内に向きやすくなることが知られている。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所　教授　塚﨑　敦
Tel： 022-215-2085
E-mail： tsukazaki*imr.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（取材?报道に関すること）
东北大学金属材料研究所　情报企画室広报班
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E-mail： pro-adm*imr.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）