51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　　塚﨑敦
　　　　　　　　准教授　藤原宏平

【発表のポイント】

• トポロジカル物质の一つである磁性ワイル半金属の磁化とカイラリティを光で反転させることに成功した。
• エネルギー散逸を伴わない电流を生む异常ホール効果の符号を光で制御することを可能にした。
• トポロジカル物质を用いた新たな光机能デバイスへの応用展开が期待される。

【概要】

闯厂罢戦略的创造研究推进事业において、东京大学低温科学研究センターの岛野亮教授、东京大学大学院理学系研究科の吉川尚孝助教、小川和马大学院生、东北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、藤原宏平准教授の共同研究グループは、トポロジカル物质^注1）の一种である磁性ワイル半金属^注2）中の电子が持つカイラリティ^注3）と磁化^注4）を光によって反転させることに成功しました。

ワイル半金属の中の电子はあたかも质量ゼロの粒子であるワイル粒子^注5）のように振る舞い、右巻き?左巻きで特徴付けられるカイラリティと呼ばれる自由度を持ちます。なかでも磁性を示すワイル半金属の中の电子は、外部から磁场を加えなくても内部に生じる拟似的な磁场を感じ、巨大な异常ホール効果^注6）を示します。この异常ホール効果によってもたらされる电流はエネルギー散逸のない电流であることから、低消费电力で动作する次世代量子デバイスなど、様々な応用展开が期待されています。

今回発见した光による磁化?カイラリティの反転现象は、この异常ホール効果の符号の反転ももたらします。磁化の反転のために外から磁石などで外部磁场を加える必要がなく、光のみで强磁性ワイル半金属の磁化とカイラリティを制御することが可能になるため、ワイル半金属の性质を光で制御する新たな手法として注目されます。

本研究成果は、2022年12月20日午前10時（英国時間）に英国オンライン科学誌「Communications Physics」のオンライン版で公開されました。

図１　今回実証した光によるワイル粒子のカイライリティ反転の概念図。カゴメ格子を有する强磁性ワイル半金属颁辞₃Sn₂S₂に円偏光の光を照射することで、强磁性の磁化とワイル粒子のカイラリティ（右巻き：ピンク、左巻き：緑）を繰り返し自在に反転することに成功した。

【用语解説】

注１）トポロジカル物质
物质中の电子状态が非自明な几何学的特徴（トポロジー）を持つ物质群。

注２）ワイル半金属
电子の运动量に対する状态を记述するバンド构造において、运动量の叁次元方向に线形のエネルギー分散を示し、バンドの交差点（ワイル点）が対となって现れるトポロジカル物质の一种。

注３）カイラリティ
物质中に现れるワイル粒子を特徴づける二値の量子数。例えば、スピンと运动量の相対関係を表し、平行の场合を右巻き、反平行の场合を左巻きと呼ぶ。

注４）磁化
単位体积当たりの磁気双极子モーメント。磁性体の狈极と厂极の方向と磁力の强さを表す量。

注５）ワイル粒子
1929年にドイツの理论物理学者ヘルマン?ワイルによって提唱された、相対论的电子を记述する方程式において质量をゼロとしたときに得られるフェルミ粒子。

注６）异常ホール効果
电気伝导を示す物质に电流を流しながら磁场を印加すると电流?磁场と垂直に起电力が生じる効果をホール効果と呼ぶ。物质が磁化を持つときに、外部から磁场を印加しなくても生じるホール効果を异常ホール効果と呼ぶ。

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　
准教授　藤原 宏平
电话　022-215-2088
贰-尘补颈濒　kohei.fujiwara*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（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
电话　022-215-2144
贰-尘补颈濒　press.imr*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）