東大ら,強磁性絶縁体にトポロジカル熱ホールを観測

著者: sugi

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。

キーワード:

関連記事

  • 科学大ら,空飛ぶトポロジカル3次元周期構造を生成

    科学大ら,空飛ぶトポロジカル3次元周期構造を生成

    東京科学大学,東京大学,慶應義塾大,シンガポール南洋理工大学は,伝搬する電磁波の中に周期的な3次元トポロジカル構造を生成する手法を開発した(ニュースリリース)。 幾何学的な変化に対して不変な性質であるトポロジーが粒子のよ…

    2025.08.22
  • 理科大ら,薄膜生成時の枝分かれ現象をAIで解明

    東京理科大学,岡山大学,京都大学,筑波大学は,トポロジーと自由エネルギーを活用した機械学習(AI)解析を実施し,薄膜結晶の電気的特性に大きな影響を与える樹枝状構造の枝分かれメカニズムを明らかにした(ニュースリリース)。 …

    2025.04.16
  • 東北大ら,広帯域テラヘルツ光でダイオード効果観測

    東北大学,静岡大学,大阪大学,神戸大学は,光の一方向透過性を,将来の高速無線通信への利用が進められているテラヘルツ光において観測した(ニュースリリース)。 磁性と誘電性が強く相関した物質群はマルチフェロイックと呼ばれ,磁…

    2025.03.03
  • 筑波大ら,トポロジカル相からカオスへの転移を発見

    筑波大学と東京大学は、非線形なトポロジカル物質を理論的に解析することで,それがトポロジカル相からカオスへの転移を起こすことを明らかにした(ニュースリリース)。 物理学において,トポロジーの考え方は幅広く応用されている。ト…

    2025.01.30
  • 東大ら,強相関ワイル金属に光照射で伝導特性を観測

    東京大学と東北大学は,強相関ワイル金属として知られるマンガン化合物に強い光を照射して極端非平衡状態を作ることで,平衡状態とは質的に異なる伝導特性が現れることを発見した(ニュースリリース)。 マンガンとスズの合金であるMn…

    2025.01.24
  • 千葉大ら,光スキルミオンを発生するレーザーを開発

    千葉大学,英サウスハンプトン大学,千葉工業大学は,緑,オレンジ,赤,深赤の4色で光スキルミオンを発生できる小型ファイバーレーザーを開発した(ニュースリリース)。 近年,不揮発性メモリのキャリアとしてスキルミオンが注目され…

    2025.01.07
  • 京大ら,マグノンの回転方向の制御と検出に成功

    京都大学,産業技術総合研究所,名古屋大学は,二つの磁石の磁極が逆方向に結合した人工反強磁性体において,波として伝わる磁気振動(マグノン)の回転方向を励起マイクロ波の周波数で制御し,その回転方向を電気的に読み取ることに成功…

    2024.11.21
  • 東大ら,シリコンフォトニクスでスキルミオンを生成

    東京大学,東京科学大学,慶應義塾大学は,スキルミオントポロジーを持つ特殊な光ビームを,シリコンフォトニクス技術を用いて作製した小型光素子を用いて生成することに成功した(ニュースリリース)。 1次元的なトポロジーを持つ光渦…

    2024.11.18

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア