東北大ら,磁性体3次元らせん状の磁気構造可視化

東北大学,英,独,スイスの研究グループは,3次元でらせん状のナノスケールネットワーク構造を有する「ジャイロイド」を磁性体で形成し,電子線ホログラフィーなどの手法を駆使してその複雑な磁気構造を明らかにした(ニュースリリース)。

ジャイロイドは2つの三叉路が捻じれて対となった細線構造が組み合わさって単位胞を形成し,それが周期的に繰り返されたネットワーク構造を有する。構造は複雑だが,高分子化合物からなる3次元的な鋳型を利用するプロセスを用いることで,自己組織化的に形成できる。

ジャイロイドはらせん状の構造を有していることから,それに由来した興味深い物理現象が発現されると期待される。例えば,これまでに光学の分野ではジャイロイドが位相幾何学的(トポロジカル)な物性を発現することが報告されている。

磁性体においてもスピン波の伝搬や電子・スピンの輸送現象において特異な性質が発現されることが予測されるが,これまでは主には実験の難しさから,その報告例はほとんどなかった。

研究グループは自己組織化の手法を用い,単位胞のサイズが42nmで,細線の直径が11nmの二重ジャイロイド,一重ジャイロイドを作製することに成功した。この長さスケールは磁壁の幅やスピン波の波長と同程度であり,これにより興味深いスピントロニクス関連物理現象が発現されることが期待される。材料には代表的な磁性体であるNiとFeの合金が用いられた。

作製した磁性ジャイロイドの磁気構造を電子線ホログラフィーと呼ばれる手法で観察した。この手法を用いることでジャイロイド内の磁化,及びその内外の磁場分布を数nmの空間分解能で可視化できる。

有限要素法を用いたマイクロマグネティクスシミュレーションも併用し,磁性ジャイロイド内の磁気的な構造を解析した。その結果,磁性ジャイロイドは長いスケールで周期性のある単一かつ単純な磁気構造を形成しているのではなく,エネルギー的にはそれよりも高い複雑な(エントロピーの高い)磁気構造を形成していることが明らかになった。

得られた知見は,音声などの時系列情報の処理を得意とするリザバー計算機などの新概念コンピューターへの有用性を示唆するものであり,今後基礎・応用の両面で様々な展開が期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 東北大ら、円偏光を用いた共鳴非弾性X線散乱による磁区識別法を開発

    東北大学、早稲田大学、大阪公立大学は、円偏光を用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による新たな磁区識別法を開発した(ニュースリリース)。 交替磁性体は全体としての磁化がゼロでありながら、スピンの分極した電子バンドを持つた…

    2025.11.26
  • 京大,スピン歳差運動をテラヘルツ光で読み出す技術を開発

    京都大学の研究グループは,強磁性体におけるスピン(磁化)歳差運動の情報を,テラヘルツ(THz)光の偏光回転として直接読み出すことに成功した(ニュースリリース)。 近年,情報処理技術の高速化と省電力化を目指し,電子のスピン…

    2025.11.06
  • 京大,磁化歳差をテラヘルツ光で読み出す技術を開発

    京都大学の研究グループは,強磁性体におけるスピン(磁化)歳差運動の情報を,テラヘルツ(THz)光の偏光回転として直接読み出すことに成功した(ニュースリリース)。 従来,磁化の超高速ダイナミクスの検出には,磁気光学効果やT…

    2025.10.30
  • 北大,光の回転が物質を動かす仕組みを解明

    北海道大学の研究グループは,光が物質に与える,回転の力(光トルク)の源である角運動量を,スピンと軌道の二つに分け,それぞれの損失量を個別に測定・解析できる新たな理論を提案した(ニュースリリース)。 光には,まっすぐ進むだ…

    2025.06.10
  • 東北大ら,X線で形状記憶合金の原子配列を観測

    東北大学,九州大学,古河テクノマテリアルは,X線吸収分光法を用いて、これまで困難だった銅(Cu),アルミニウム(Al),マンガン(Mn)系形状記憶合金の原子の並びを観測した。また,磁気配列構造がCu-Al-Mn合金の原子…

    2025.05.07

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア