51探花

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科　物理学専攻　准教授　是常隆

〇金属材料研究所　教授　塚﨑敦

【発表のポイント】

• ヘッジホッグ格子（注１）と呼ばれる特殊なスピン构造によって、光のねじれ现象である磁気光学効果が巨大化することを発见しました
• 観测した磁気光学効果の共鸣が异常ホール効果（注２）?トポロジカルホール効果（注３）と呼ばれる电子の轨道が曲がる现象の起源であることがわかりました。
• 今后のテラヘルツ帯（注４）の光学デバイスや、磁気メモリの読み取りデバイスの开発につながることが期待できます

【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、基础研究?デバイス応用の両観点から大きな注目を集めています。异常ホール効果が生じるメカニズムはこれまでに様々な観点で研究されており、近年では电子构造のトポロジー（注５）が重要な役割を担っていることが明らかになっています。最近では、さらにトポロジカルな磁気构造の形成により発现するホール効果（トポロジカルホール効果）が観测され、大きな注目を集めています。しかし、トポロジカルホール効果に関しては、その発现机构の解明に迫る実験的手段は限定されていました。

東京大学大学院工学系研究科の林悠大大学院生と岡村嘉大助教、金澤直也講師、高橋陽太郎准教授、理化学研究所創発物性科学センターの十倉好紀センター長を中心とする研究グループは、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、東北大学大学院理学研究科物理学専攻の是常隆准教授、東京大学大学院工学系研究科の余同樺大学院生、有田亮太郎教授、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MnGe(Mn: マンガン、Ge: ゲルマニウム)の薄膜において、トポロジカル磁気構造の形成に由来する巨大な磁気光学効果を発見しました。

惭苍骋别薄膜では、低温においてヘッジホッグ格子と呼ばれる特异なスピン构造（トポロジカルスピン构造）に由来した、トポロジカルホール効果を生じることが知られています。今回、林悠大大学院生らはテラヘルツ帯において、磁気光学ファラデー効果（注６）の测定を行いました。その结果、ファラデー効果が急峻に増大する特徴的な共鸣スペクトルを観测することに成功しました。理论モデルによる解析からこの共鸣构造が惭苍骋别の异常ホール効果やトポロジカルホール効果の主たる起源であることがわかりました。

今回得られた成果は、トポロジカルスピン构造が电子状态に强く干渉し巨大なトポロジカルホール効果を発现させることを强く示唆しています。本成果は今后、トポロジカル磁気构造を利用した新しい光デバイスの开発へとつながることが期待されました。

本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Communications」に英国時間10月13日に掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業CREST「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御（研究代表者：永長直人）」(No.JPMJCR1874)、日本学術振興会(JSPS)科学研究費若手研究「磁気スキルミオンによる新奇トポロジカル電荷ダイナミクスの探索（研究代表者：岡村嘉大）」(No. 19K14653)の支援を受けて行われました。

【用语解説】

（注１）ヘッジホッグ格子
物质中の最小の磁石であるスピンが数多く集まり、ハリネズミ（ヘッジホッグ）型の构造が自発的に生じることがある。物质中ではスピンが中心または外侧を向くヘッジホッグ?反ヘッジホッグが周期的に并んだ３次元格子を形成する。これらが伝导电子と相互作用してトポロジカルホール効果が生じる。

（注２）异常ホール効果
磁场を电流が流れる平面に垂直に印加したときに、磁场と电流の方向の両方に垂直な方向に电圧が生じる现象をホール効果と呼ぶ。これは一般的に金属において见られる现象であるが、磁性体においては多くの场合磁化の大きさに比例するような振る舞いが见られる。これを异常ホール効果と呼ぶ。

（注３）トポロジカルホール効果
スピンの集団が立体的な构造をとるときに现れる异常ホール効果。磁気スキルミオンやヘッジホッグ格子などのトポロジカルスピン构造において観测される。

（注４）テラヘルツ帯
波长やエネルギーが可视域とマイクロ波の中间に位置する光学领域を指し、テラヘルツ(1012贬锄)程度の周波数を持つ。伝导电子や磁性に起源を持つ応答が现れることが多い帯域である。

（注５）トポロジー
位相几何学。物理学では近年、电子状态を几何学的性质に基づいて分类することで物理现象を理解する试みが活発に行われている。

（注６）磁気光学ファラデー効果
磁性体中を进行する光の偏光が回転する现象。磁気メモリデバイスやアイソレーターの基础原理として用いられている。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関するお问合せ）
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）
贰-尘补颈濒：办辞谤别迟蝉耻苍别*肠尘辫迟.辫丑测蝉.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関するお问合せ）
東北大学 大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
罢别濒：022-795-6708
贰-尘补颈濒：蝉肠颈-辫谤*尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）