51探花

【本学研究者情报】

〇先端スピントロニクス研究开発センター　助教　小泉洸生

【概要】

电流を流す方向によって电流の曲がる方向が変わる新しいホール効果を観测しました。物质科学の基础定理の一つであるオンサーガーの相反定理によれば、このような现象は起こりえないはずですが、特殊な磁気配列を仮定することで、相反定理と矛盾せずにこの现象を説明できる物理モデルを提案しました。

磁场中にある导体や磁石に电流を流すと电流と磁场に対して垂直方向に电圧が生じる「ホール効果」や「异常ホール効果」という现象が起きます。物质科学における基础定理の一つである「オンサーガーの相反定理」によると、磁场や磁化に垂直な面内であれば、どの方向に电流を流しても电子が曲がる方向は変わらないということが导かれます。この定理に反するような现象は、これまで见つかっていませんでしたが、本研究では低温で円锥型の磁気异方性を有するスピネル酸化物狈颈颁辞₂O₄薄膜において、电流方向に依存した异方的な异常ホール効果を初めて観测しました。

この现象を説明するために、実験的に観测された异方的な异常ホール効果の対称性を、现象论的な観点から考察したところ、クラスター磁気トロイダル四极子と呼ばれる磁気构造が関与していることが示唆されました。そこで、円锥型の磁気异方性により磁気トロイダル四极子构造と强磁性が共存した时には、オンサーガーの相反定理と矛盾せずに异方的な异常ホール効果を説明できる物理モデルを提案しました。

図1　一般的なホール効果と本研究における异方的なホール効果の概略図
(上) 一般的なホール効果：オンサーガーの相反定理によりホール効果は電流方向で力の方向が変わらないことが前提となり、フレミング左手の法則が常に成り立つ。
(下) 今回発見した異方的なホール効果：電流方向によって力の方向が変化するホール効果を観測した。電流方向により、フレミング左手の法則が右手の法則に変化する。

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