光でワイル半金属の磁化とカイラリティを反転
～トポロジカル物質の光制御に道を開く～
更新日：2022.12.20
ポイント
- トポロジカル物質の１つである磁性ワイル半金属の磁化とカイラリティを光で反転させることに成功した。
- エネルギー散逸を伴わない電流を生む異常ホール効果の符号を光で制御することを可能にした。
- トポロジカル物質を用いた新たな光機能デバイスへの応用展開が期待される。
概要
ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、東京大学 低温科学研究センターの島野 亮 教授、東京大学 大学院理学系研究科の吉川 尚孝 助教、小川 和馬 大学院生、東北大学 金属材料研究所の塚﨑 敦 教授、藤原 宏平 准教授の共同研究グループは、トポロジカル物質の一種である磁性ワイル半金属中の電子が持つカイラリティと磁化を光によって反転させることに成功しました。
ワイル半金属の中の電子はあたかも質量ゼロの粒子であるワイル粒子のように振る舞い、右巻き・左巻きで特徴付けられるカイラリティと呼ばれる自由度を持ちます。中でも磁性を示すワイル半金属の中の電子は、外部から磁場を加えなくても内部に生じる擬似的な磁場を感じ、巨大な異常ホール効果を示します。この異常ホール効果によってもたらされる電流はエネルギー散逸のない電流であることから、低消費電力で動作する次世代量子デバイスなど、さまざまな応用展開が期待されています。
今回発見した光による磁化・カイラリティの反転現象は、この異常ホール効果の符号の反転ももたらします。磁化の反転のために外から磁石などで外部磁場を加える必要がなく、光のみで強磁性ワイル半金属の磁化とカイラリティを制御することが可能になるため、ワイル半金属の性質を光で制御する新たな手法として注目されます。
本研究成果は、２０２２年１２月２０日（英国時間）に英国オンライン科学誌「Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ」のオンライン版で公開されます。