ナノ磁気渦形成の定説を覆す物質の開発に成功 －磁気フラストレーションを利用して創発電磁気応答を巨大化－

• 理化学研究所
• 物質・材料研究機構
• 高エネルギー加速器研究機構
• 東京大学

概要

理化学研究所創発物性科学研究センター強相関物性研究グループの車地崇客員研究員（マサチューセッツ工科大学ポストドクトラルフェロー）、十倉好紀グループディレクター（東京大学大学院工学系研究科教授）、物質・材料研究機構の山崎裕一主任研究員、高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所の佐賀山基准教授らの共同研究グループは、これまでの定説を覆す微小な磁気渦（磁気スキルミオン、以下スキルミオン）を形成する新たな磁性材料の開発に成功しました。本研究成果は、次世代の情報記憶媒体への応用も期待されるスキルミオン材料の設計指針を大きく刷新し、高集積化・高検出感度化を可能にするスピントロニクスデバイスへの応用につながると期待できます。

従来のスキルミオン物質は、「空間反転対称性が破れている」という状態が実現している磁性体であることが不可欠でした。今回、共同研究グループは、「磁気フラストレーション」に着目した探索を行い、Gd₂PdSi₃（Gd：ガドリウム、Pd：パラジウム、Si：ケイ素）の結晶構造には空間反転対称性がある一方で、磁性原子のGdは三角格子状に並んだ状態にあることに着目しました。そして、詳細な電気伝導特性の測定およびスピン構造の解析の結果、この物質中では、数ナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）サイズの磁気渦が存在しており、創発電磁気応答の一つである「トポロジカルホール効果」が従来のスキルミオン物質より1桁以上も大きく発現することを明らかにしました。

本研究は、米国の科学雑誌『Science』のオンライン版（8 月8 日付け：日本時間8 月9 日）に掲載されました。