理化学研究所（理研）と東北大学の共同研究グループは，トポロジカル絶縁体「（Bi_1-xSb_x）₂Te₃」の表面を用いた新しい電流-スピン流変換現象の実験的観測および定量的評価に成功した（ニュースリリース）。

電流-スピン流変換は，スピントロニクスデバイスの駆動原理として重要な現象の一つ。これまで，電子の運動と電子のスピンの運動を結びつける相互作用（スピン軌道相互作用）が強い遷移金属を用いたスピンホール効果の実験から効率検証が行なわれてき。

しかし，その変換効率は低く，デバイスの低消費電力化に向けて，新しい変換原理に基づく飛躍的な効率向上が求められている。

今回，共同研究グループは，トポロジカル絶縁体（Bi_1-xSb_x）₂Te₃（Bi：ビスマス、Sb：アンチモン、Te：テルル）を利用したスピントロニクス素子を作製し，トポロジカル絶縁体の表面における電流-スピン流変換現象について調べた。

その結果，界面での高効率な変換現象の観測に成功した。そして，界面での変換現象は，従来の金属系でのスピンホール効果とは本質的に異なる現象であるため，比較基準を改め新しい評価基準を定めた。

さらに，その変換係数の符合が伝導キャリアのタイプ（電子型か正孔型か）に依存しないという，トポロジカル絶縁体特有の現象を検出することに成功した。

この成果により，トポロジカル絶縁体の表面状態を利用することで高効率な電流-スピン流変換が可能であることが示された。今後，スピントロニクスデバイスにおいて，界面の電子物性を考慮した設計をすることで，省電力デバイスの実現に向けた研究が進むとしている。

関連記事「理研，トポロジカル絶縁体の量子化磁気光学効果を観測」「岡山大，トポロジカル超伝導体を実験的に証明」「NIMS，グラフェン系でトポロジカル状態を実現」