東大ら,磁石の磁場に対する新しい反応を発見

東京大学らの国際研究グループは,磁場が加わると磁石の性質をもつ物質(磁性体)に生じる磁化(磁石の性質を示すようになる現象)が,磁場と垂直方向に微小に生じていることを検出した(ニュースリリース)。

この微小垂直磁化は金属を絶縁体に変化する要因であるため,メモリや磁気センサーへの応用の可能性を秘めている。

磁性体は外から与えた磁場と同じ方向に磁化すると古くから知られてきた。しかし熱力学の理論によると,それとは垂直方向にも磁化の発生が想定される。この「垂直磁化」は非常に小さいためこれまで実験的に観測されることはなかった。

研究グループは,パイロクロア型イリジウム酸化物(Eu2Ir2O7;Eu:ユウロピウム,Ir:イリジウム,O:酸素)が,金属から絶縁体へと変化する(金属絶縁体転移)際に磁化がわずかに変化することに着目した。

通常の磁化測定では磁場と平行方向の磁化のみを検出するため,磁場中で磁性体が回転しようとする力(トルク)をカンチレバーを用いて測定することで垂直磁化の検出を試みた。その結果,垂直磁化が金属から絶縁体への変化を遂げる温度以下の温度で急激に増大していることをつきとめた。

垂直磁化はイリジウムの磁荷が特殊な空間分布を持っていること(磁気八極子)に由来しており,これが金属絶縁体転移の起源(秩序パラメータ)になっていることがわかった。

これまでメモリなどで利用されてきたのは磁石(強磁性体)だがパイロクロア型イリジウム酸化物は磁石ではないのに同様の性質を持つ。今回の発見によりこの系の輸送特性を制御する仕組みが明らかになった。

磁石ではない物質でのスイッチング機構,起電力効果発現機構などの研究を進めていくことで,今後小さな漏れ磁場を活かした高密度の不揮発性メモリや新たな環境発電物質などのデバイス材料物質の開発につながる可能性があるとしている。

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