51探花

【本学研究者情报】

〇本学代表者所属?职?氏名：金属材料研究所?教授?塚﨑　敦

【概要】

理化学研究所（理研）创発物性科学研究センター强相関量子伝导研究チームの茂木将孝客员研究员、十仓好纪チームリーダー（东京大学卓越教授／东京大学国际高等研究所东京カレッジ）、吉见龙太郎研究员、强相関界面研究グループの川﨑雅司グループディレクター（东京大学大学院工学系研究科教授）、创発光物性研究チームの小川直毅チームリーダー、东京大学大学院工学系研究科の藤村怜香（修士课程2年）、东北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授らの共同研究グループは、トポロジカル絶縁体^[1]と强磁性絶縁体^[2]の积层构造において、电流を流すことにより磁化方向が反転することを実証しました。

本研究成果は、二つの异なるトポロジーを持つ絶縁体界面に流れるトポロジカル电流^[3]が、强磁性絶縁体层の磁化に対して高効率にトルク^[4]（回転力）を与えることを示しており、低消费电力スピントロニクス素子^[5]への応用が期待できます。

今回、共同研究グループは、独自に开発したトポロジカル絶縁体「(叠颈_1-xSb_x)₂Te₃（Bi：ビスマス、Sb：アンチモン、Te：テルル）」と强磁性絶縁体「Cr₂Ge₂Te₆（颁谤：クロム、骋别：ゲルマニウム）」の薄膜积层界面において、强い磁気近接効果^[6]が生じることに着目しました。薄膜面内に電流を流したところ、界面に生じたスピン蓄積が強磁性絶縁体の磁化にトルクを与え、磁化方向が上下に反転することが分かりました。さらに、トポロジカル絶縁体層の組成調整によって、トポロジカル絶縁体と强磁性絶縁体の界面におけるトポロジカル電流が高効率な磁化反転の起源として支配的であることが明らかになりました。

本研究は、オンライン科学雑誌『Nature Communications』（3月3日付）に掲载されました。

电流印加（赤）による磁化反転（黄）の概念図

【用语解説】

[1] トポロジカル絶縁体
物质中の电子状态の几何学的性质（トポロジー）を反映して、中身は电気を通さない絶縁体であるが、表面では电気を通す金属となる特殊な物质のこと。

[2] 強磁性絶縁体
鉄やコバルトなど、多くの磁石は金属であり电気を通す性质を持つ。一方で、电気を通さない磁石も存在し、（强）磁性絶縁体と呼ばれる。

[3] トポロジカル電流、トポロジカル物質
トポロジカル絶縁体や磁性化されたトポロジカル絶縁体は、电子状态のトポロジーによって特徴づけられる。これらの物质を総称してトポロジカル物质という。トポロジカル物质はその表面や端に、エネルギー损失の少ないトポロジカル电流が流れる。低消费电力素子への応用に向け、その损失の最小化が重要な研究课题の一つである。

[4] トルク、スピントルク
トルクとは、ある回転轴を中心に働く力のモーメント（回転力）のことである。磁石は磁気モーメントを持ち、伝导电子の持つスピンは磁気モーメントにトルクを与えることができる。これをスピントルクという。

[5] スピントロニクス素子
电気の流れを利用して机能を生み出す技术をエレクトロニクスと呼ぶのに対し、スピン（磁石の最小単位）を利用した技术をスピントロニクスと呼ぶ。外部磁场を极力使用せずに磁性を制御することで、エネルギー损失の少ないメモリ、回路などの素子への応用が期待されている。

[6] 磁気近接効果
非磁性金属に磁性体を接合させると、非磁性金属侧の电子が磁性体侧から影响を受けて磁性化する効果のこと。トポロジカル絶縁体の场合、表面状态の电子が强磁性化され、异常ホール効果を生み出す。

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）
东北大学　金属材料研究所　低温物理学研究部门
教授　塚﨑　敦（つかざき　あつし）
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
罢贰尝：022-215-2144　贵础齿：022-215-2482
贰-尘补颈濒：辫谤辞-补诲尘*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）