超高密度な磁気渦を示すシンプルな二元合金物質を発見

電子スピンの渦巻き構造である磁気スキルミオンは、典型的な直径が数十～数百ナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）と小さく、次世代超高密度磁気メモリのための新たな情報担体の候補として注目されています。磁気スキルミオンは、元々、特殊な対称性の結晶構造を持つ物質中でのみ現れると考えられていました。しかし最近では、ごくありふれた結晶構造を持つ物質中で、直径が数ナノメートルの超高密度な磁気スキルミオンの形成が報告され、従来とは異なる形成機構が提案されています。

東京大学大学院工学系研究科の高木里奈助教、関真一郎准教授らを中心とする研究グループは、理化学研究所、東京大学物性研究所、日本原子力研究開発機構、総合科学研究機構、東京大学大学院新領域創成科学研究科との共同研究のもと、単純な結晶構造を持つEuAl₄（Eu：ユウロピウム、Al：アルミニウム）という物質に着目し、中性子・エックス線の散乱実験を行ったところ、直径3.5ナノメートルの超高密度な磁気スキルミオンを生成していることを発見しました。さらに、磁場や温度によって磁気スキルミオンの並び方が正方格子から菱形格子へと変化することを見出し、その起源が物質中を動き回る電子が媒介する相互作用に由来していることを明らかにしました。

本研究成果は、二種類の元素のみを含む単純な二元合金であっても、極小サイズの磁気スキルミオンの多彩な秩序構造を実現できることを示しており、今後の物質設計・探索や制御手法の開拓に重要な指針を与えることが期待されます。

詳細は東京大学大学院工学系研究科のホームページをご覧ください。

報道担当

理化学研究所 広報室 報道担当
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