東大ら,強磁性絶縁体にトポロジカル熱ホールを観測

東京大学,韓国Korea大学,韓国Sungkyunkwan大学は,磁気スキルミオンが発現する強磁性絶縁体GaV4Se8において,磁気スキルミオンによって熱流が曲げられる「トポロジカル熱ホール効果」の観測に成功した(ニュースリリース)。

創発磁場は電子の波動関数に直接作用するため,固体の外から加える電場・磁場よりもはるかに大きな効果を物性にもたらす。そのため,現在,固体中のスピン構造などがつくる創発磁場の効果の研究に注目が集まっている。

その最も顕著な例の一つで,固体中のスピンがつくる渦構造である「磁気スキルミオン」は,数テスラから数百テスラという大きな創発磁場を作ることで知られているだけでなく,トポロジーに保護された安定な渦構造なのでデバイスへの応用可能性も検討されている。

この磁気スキルミオンが生み出す創発磁場は,外部から磁場を印加した時と同じように金属中を流れる電子に作用し,ローレンツ力によるホール効果によって電子を曲げることが知られている。一方,電子が流れない絶縁体ではどのような影響があるかは不明だった。

研究では,磁気スキルミオンが発現する強磁性絶縁体のGaV4Se8における熱輸送特性を詳しく調べた結果,磁気スキルミオンが発現する温度―磁場領域だけで大きな熱ホール効果が観測されることが見つかった。

また,室温からの冷却途中の構造相転移温度で磁場を印加することで,試料中に形成される磁気スキルミオンの領域が広くなり,それによって熱ホール信号も大きくなることがわかったという。

この磁気スキルミオン中の熱ホール効果を理論的に詳しく解析した結果,スピンの波が熱を運ぶマグノン励起が磁気スキルミオンの生み出す創発磁場によって曲げられる「トポロジカル熱ホール効果」によって熱ホール効果が生じていることがわかった。

これらの結果は,電気の流れない絶縁体で,電荷をもたないマグノン流にも磁気スキルミオンの創発磁場が作用することを明らかにしたもの。研究グループは,固体中のスピン構造が生み出す創発磁場の理解と応用を大きく進展させる結果だとしている。

その他関連ニュース

  • 東北大,トポロジーで高周波の新型音響導波路を開発 2023年01月05日
  • 東大ら,FeSiで室温下の電流誘起磁化反転を実現 2022年12月21日
  • 理研ら,電子が質量を失って液晶になる物質を発見 2022年12月07日
  • 東大ら,半金属で室温スローライトの生成に道筋 2022年11月11日
  • 広島大,トポロジカル絶縁体表面電子の散乱過程解明 2022年10月24日
  • 東大,トポロジカル欠陥の動きの3次元観察に成功 2022年10月06日
  • 阪大ら,トポロジカル絶縁体の表面電子状態に新知見 2022年09月28日
  • 東工大ら,光で2次元物質にスピン流整流効果発現
    東工大ら,光で2次元物質にスピン流整流効果発現 2022年09月02日