カイラル磁性体に整流効果 東大と理研、世界初観測 機能性素子実現へ

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  (a)[111]方向から見た右巻と左巻のマンガンケイ素(MnSi)の結晶構造と、対応する整流効果の概念図。整流効果の極性(電流が流れやすい向き)は結晶の巻き方によって反転する。(b)右巻と左巻らせん構造。結晶構造に対応してらせんの巻き方が逆になる。(東京大学提供）

東京大学大学院工学系研究科の横内智行大学院生、理化学研究所創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長らの研究チームは、カイラル磁性体（カイラリティー〈掌性〉を備えた結晶構造を持つ磁性体）における整流効果（ダイオード特性）を世界で初めて観測した。カイラル磁性体を用いた新規機能性素子実現につながる。英科学誌ネイチャー・コミュニケーションズに１２日掲載された。

研究グループは、カイラル磁性体の整流効果を観測し、その微視的な起源が「カイラルスピンゆらぎ」と呼ばれるカイラル磁性体に特有な熱的、および量子的なスピンゆらぎであることを解明した。

磁性体における整流効果の発見により、外場によって特性を制御可能な整流素子などの機能性素子の実現が近づく。特に、巨大応答や室温動作する物質の探索に向けた指針を与えると期待される。

整流効果は電流の向きによって電流の流れやすさが変わる現象。半導体ダイオードで実現されている。一方で近年、カイラルな結晶でも整流効果が物質単体で生じることが明らかになった。だが、カイラルな結晶における整流効果の報告は非磁性体に限られており、カイラル磁性体における報告はなかった。