理研ら,異常ホール効果が磁化に伴い様々な値をとることを発見

理化学研究所(理研),東京大学らの研究グループは,「磁性半導体」チタン酸ユーロピウム(EuTiO3)の高品質単結晶薄膜を作製し,通常は磁化に比例する異常ホール効果の値が,磁化に伴ってさまざまな値をとることを見いだした(ニュースリリース)。

運動量空間において「磁気単極子」を創発する「ワイル・ノード」と呼ばれるバンド交差により,「内因性異常ホール効果」を定量的に説明できることが知られている。今回,研究グループは,反強磁性から外部磁場により強磁性にユーロピウム(Eu)の磁気モーメントがそろう過程で,異常ホール効果が磁化に比例した通常の値には縛られない振る舞いをすることを発見した。

そしてこの現象は,ゼーマン分裂がわずかに変化しただけで,ワイル・ノードが創発する磁気単極子のエネルギー位置が変化して,電子の軌道を変調するためであることを解明した。EuTiO3薄膜の高品質化により,これまでは観測できなかった新しい異常ホール効果を発見するとともに,その起源がバンド交差点のワイル・ノードであることを定量的に明らかにした。

研究グループは,このように電子移動の大きな酸化物薄膜では,今後もバンド構造に由来するさまざまな新現象を発見できると期待できるとするとともに,ワイル・ノードに対するフェルミエネルギーの位置を電気的に制御できれば,スピンの向きのそろった電子の運動を左右に振り分ける新しいスピントロニクス機能のデバイス実証が可能になるとしている。

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