理化学研究所（理研）と東北大学の共同研究グループは，磁性層と非磁性層を交互に積み重ねた「トポロジカル絶縁体」積層薄膜を開発し，磁気抵抗比10,000,000%を超える，非常に巨大な磁気抵抗効果を発見した（ニュースリリース）。
近年，磁性元素を添加したトポロジカル絶縁体で生じる「量子異常ホール効果」は，試料の端や磁壁に沿ってエネルギー散逸のない「端電流」が流れることから注目を集めている。量子異常ホール効果の安定化・高温化を図るとともに，端電流を小さな外部刺激によって制御する新しい機能性創出の研究が進められてきた。
今回，研究グループは，磁性元素V（バナジウム）やCr（クロム）を添加したトポロジカル絶縁体「(Bi1-ySby)2Te3」薄膜を開発した。薄膜の上部にV，下部にCrを選択的に添加することにより，磁性/非磁性/磁性の三層構造を形成した。二つの磁性層の保磁力の差を利用することで，互いの磁化方向を外部磁場によって平行，反平行と変化させることができる。
研究では，互いの磁化方向を平行から反平行に変化させることで，電気抵抗値が約20kオーム（Ω）から2ギガ（G）Ωまで，10万倍に変化する非常に巨大な磁気抵抗効果を観測した。この高抵抗状態は，量子異常ホール効果の端電流をほとんど流さない状態を意味し，非散逸電流をトポロジー変化によって開閉するスイッチング原理を確立した。さらに，この電気抵抗の高い状態は「アクシオン絶縁体」と呼ばれる量子化された電気磁気効果の発現が理論的に予測される状態に相当する。
この成果は，トポロジカル絶縁体の学術的理解を深めるとともに，今後，観測温度の高温化や，超伝導体や強磁性体など多彩な物質との高品質なヘテロ構造化を実現することで，エネルギー消費の少ないエレクトロニクス素子や量子コンピューティングへの応用にもつながるとしている。
