51探花

【発表のポイント】

• 世界最大の横磁気効果を持つ反强磁性体金属を発见しました。
• ワイル粒子と呼ばれる固体中の相対论的粒子が巨大な横磁気効果の起源であることを示しました。
• 漏れ磁场が少なく数百ガウスで磁化反転可能な反强磁性材料のため、高集积可能な新しい不挥発性メモリの材料として期待されます。

【概要】

スマートフォンやタブレットなどの内蔵ストレージに採用されているメインメモリには、电源をオフにするとデータが失われる「挥発性メモリ」が使われており、データ保持に过度な电力消费をしてしまいます。消费电力削减のために、强磁性体の磁化方向を利用して电力供给せずともデータ保持が可能な不挥発性记忆素子を使用したメモリ开発が进んでいますが、今后急速に増える情报量とともに集积化が进めば、记忆素子间の漏れ磁场の影响によりメモリ容量の限界が来ると考えられています。

今回、東京大学大学院理学系研究科の中辻 知教授、見波 将特任研究員と東京大学物性研究所の冨田 崇弘特任助教、Taishi Chen特任研究員、Mingxuan Fu特任研究員らの研究グループは、東北大学大学院理学研究科の是常 隆准教授、理化学研究所の北谷 基治特別研究員、金沢大学ナノマテリアル研究所の石井 史之准教授、東京大学大学院工学系研究科の有田 亮太郎教授らの研究グループと協力して、マンガン化合物Mn₃骋别の反强磁性体（図１补）において、これまでにないゼロ磁场での巨大な异常ホール効果を见いだし、同时にネルンスト効果と呼ばれる磁気热量効果が反强磁性体の中で最大値を示すことを発见しました。従来の强磁性体材料では磁化に比例した横磁気効果、すなわち异常ホール効果や异常ネルンスト効果が现れるのが一般的でしたが、従来の概念を打ち破り磁化がほぼない反强磁性体で従来の强磁性体金属と同程度のサイズの効果がゼロ磁场室温で见いだされました。従来の强磁性体の场合、自発磁化による漏れ磁场の影响がありましたが、反强磁性体の场合はスピンを反対向きに揃っているため全体のスピンが作り出す漏れ磁场はほとんどありません。特に、异常ホール効果は电流と垂直に得られる起电力応答のため素子构造が単纯であること、マンガン化合物が二元系の廉価で毒性のない元素で构成されていることから不挥発性メモリ素子への展开が可能です。また反强磁性体材料は、理论的に强磁性体より高速动作が可能であることから、今后、消费电力を抑えたビッグデータの记録および高速処理をともに可能とする反强磁性不挥発性メモリ材料として期待できます。

本研究成果はNature Communicationsオンライン版に掲載されました。

図1：反强磁性体惭苍₃Geのワイル粒子生成の概念図。(a) 反強磁性体Mn₃骋别の実空间での结晶构造と磁场中での磁気构造。z = 0面とz = 1/2面の二層を持つカゴメ格子構造と呼ばれる三角形ベースの結晶構造。磁場B ||[2110]にかけた場合の逆スピン三角構造と呼ばれるMn（マンガン）スピンの磁気構造の様子。反強磁性体における反強磁性磁気共鳴周波数は交換結合に起因する交換磁場に比例するため、強磁性体に比べて圧倒的に高くなり、テラヘルツ帯の高速動作が可能。(b) 運動量空間でのディラックコーンが対称点にあった際、(c) 磁性体の時間反転の破れによりノーダルラインが現れます。さらに強いスピン軌道相互作用が現れることで、(d) ２点を残したギャップが開くことで運動量空間内に正負のワイル点を持つワイル金属状態が生成されます。

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）
東北大学大学院理学研究科 物理学専攻
准教授 是常 隆（これつね　たかし）
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（报道に関すること）
东北大学大学院理学研究科?理学部
広报?アウトリーチ支援室
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