トポロジカル結晶絶縁体への強磁性の染み出しを初めて観測?超省エネデバイス実現に道筋?

テクノロジー?材料

2022.08.29

　トポロジカル絶縁体は、結晶の内部は絶縁体であるのに対して、表面は電気を流す金属としての性質を有する物質です。その表面では、スピンのそろった電子が散乱を受けずに高速で運動する特異な状態にあることから、超省エネルギーデバイスなどへの応用が期待されています。本研究では、トポロジカル結晶絶縁体であるSnTe（テルル化錫）と身近な鉄とを接合した試料において、両者の境界面で鉄の強磁性の性質がSnTe側に「染み出す」ことにより、SnTe表面で電子のスピンがそろった強磁性の状態になっていることを中性子を用いた観測（偏極中性子反射率測定）で明らかにしました。

　トポロジカル絶縁体の中でも比較的新しい種類であるトポロジカル結晶絶縁体において、強磁性の染み出しが観測されたのは初めてであり、本来、磁石の性質を持たないトポロジカル結晶絶縁体の表面の電子に磁石の性質が付与されていることが確認されました。本研究では、磁石である鉄とトポロジカル結晶絶縁体との層を空間的に分離して、磁石の性質だけをトポロジカル表面に染み出させることができ、その染み出しによる強磁性は室温でも残っていることが確認されました。これにより、量子異常ホール効果や磁気スキルミオンなどの新奇物性の、これまでより高い温度での実現に向けた道が拓かれ、超低消費電力デバイスや超微細な磁気メモリなどへの応用が期待されます。