電場で磁気テクスチャを誘導 (Steering magnetic textures with electric fields)

2025-06-16 スイス連邦・ポールシェラー研究所 (PSI)

スイス・ポール・シェラー研究所(PSI)の研究チームは、磁気電気双極性材料Cu₂OSeO₃を用い、電場によってナノスケールの磁気構造(磁気テクスチャ)を自在に制御できることを実証しました。従来、こうした構造の操作には磁場が必要でしたが、本研究では小角中性子散乱(SANS)を用いた実験により、電場の強さに応じて磁気構造の伝播方向が三段階で変化することを確認しました。低強度では緩やかな傾き、中強度では非線形的な挙動、高強度では90度の急激な向きの反転が観察されました。これは「マグネトエレクトリック・ディフレクション」と呼ばれる新現象であり、電場のみで磁気テクスチャをエネルギー効率よく切り替え可能にする技術的基盤を示しています。本成果は、省エネ型の磁気メモリやセンサー、次世代情報処理デバイスの開発に直結する重要な成果であり、国際誌 Nature Communications に掲載されました。

<関連情報>

電場を用いたナノ磁気スパイラル軌道の決定論的制御 Deterministic control of nanomagnetic spiral trajectories using an electric field

Samuel H. Moody,Matthew T. Littlehales,Daniel A. Mayoh,Geetha Balakrishnan,Diego Alba Venero,Peter D. Hatton & Jonathan S. White
Nature Communications  Published:06 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-60288-1

電場で磁気テクスチャを誘導 (Steering magnetic textures with electric fields)

Abstract

The intertwined nature of magnetic and electric degrees of freedom in magnetoelectric (ME) materials is well described by ME-coupling theory. When an external electric field is applied to a ME material, the ME coupling induces unique and intriguing magnetic responses. Such responses underpin the utilisation of ME materials across diverse applications, ranging from electromagnetic sensing to low-energy digital memory technologies. Here, we use small angle neutron scattering and discover a novel magnetic response within an archetypal chiral ME material, Cu2OSeO3. We find that the propagation direction of an incommensurate magnetic spiral is deterministically actuated and deflected along controllable trajectories. Furthermore, we predict the emergence of distinct non-linear regimes of spiral-deflection behaviour with external electric and magnetic fields, unlocking innovative devices that leverage controlled and customisable variations in macroscopic polarisation and magnetisation.

1700応用理学一般
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