東大ら,固体中の電子の軌道を曲げる新機構を発見

東京大学,理化学研究所,東北大学は,カイラル磁性体MnGe(Mn:マンガン,Ge:ゲルマニウム)の薄膜において,電子散乱機構に基づく巨大な異常ホール効果を発見した(ニュースリリース)。

伝導電子と磁性との相互作用の結果,電流と垂直方向に電圧が生じる現象は「異常ホール効果」と呼ばれ,基礎・応用の両観点から近年大きな注目を集めている。

その起源には,固体中の仮想磁場に由来するものと,不純物からの電子散乱によるものがあるが,近年の固体中の幾何学的位相の概念確立によって,多くの物質で前者の寄与が支配的であることが明らかになったため,電子散乱による機構はあまり注目されてこなかった。

今回の結果は従来の電子散乱機構によって説明することはできないため,研究グループは,熱励起された非共面的なスピン集団が電子を散乱するという,全く新しい機構で理解できる可能性を示した。

特に,異常ホール効果の詳しい温度・磁場依存性や,膜厚制御による磁気異方性に対する変化を調べることで,この機構の妥当性を実証した。

今回の成果により,電子散乱に起因した巨大異常ホール効果の観測が,今後より多くの物質で期待できるという。また一般に,ホール電流はエネルギー損失を伴わないため,省電力デバイスの新たな設計指針につながることが期待できるとしている。

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