物質中の「磁石」をジグザグに整列させて電気の流れをコントロール~新しい電流制御で超小型・省エネ・高機能デバイスへの道を拓く~

2026-01-16 日本原子力研究開発機構,東京大学,富山県立大学,東北大学

日本原子力研究開発機構、東京大学、東北大学、富山県立大学の研究グループは、電子スピンがジグザグ状に整列した反強磁性金属において、外部磁場なしで電流が一方向に流れやすくなる現象(非相反伝導)を世界で初めて実証した。対象物質NdRu₂Al₁₀では、低温で形成されるジグザグ型スピン配列が内部磁場として働き、ダイオードのような「電気の一方通行的性質」を自然に生じさせることが明らかになった。この効果は、外部磁場を用いた従来手法に比べ1000倍以上も大きい。さらに、結晶内部のスピン配列の違いが電流方向の反転として検出でき、電気的測定による新たな磁気解析手法も示された。本成果は、電流制御の新原理を提示するとともに、省エネルギーで超小型な次世代スピントロニクスデバイス開発への道を拓く重要な成果である。

物質中の「磁石」をジグザグに整列させて電気の流れをコントロール~新しい電流制御で超小型・省エネ・高機能デバイスへの道を拓く~
原子がジグザグに並ぶ反強磁性体で生じる「電気の流れ方の方向の偏り」(非相反伝導)の概念図
ミクロな磁石(電子のスピン)がジグザグに並び、スピンの向きに規則性が生じると、電気の流れが非対称になる

<関連情報>

ゼロ磁化反強磁性体における大きな自発的非相反電荷輸送 Large Spontaneous Nonreciprocal Charge Transport in a Zero-Magnetization Antiferromagnet

Kenta Sudo, Yuki Yanagi, Mitsuru Akaki, Hiroshi Tanida, and Motoi Kimata
Physical Review Letters  Published: 5 January, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/13pd-tlzp

Abstract

Spontaneous breaking of time-reversal and spatial-inversion symmetries in solids triggers diverse intriguing phenomena. Although these phenomena have been extensively studied in insulators, similar investigations for metals remain limited. Herein, we report the observation and properties of spontaneous (i.e., zero-magnetic field) nonreciprocal charge transport in the zigzag intermetallic compound NdRu2⁢Al10. This effect is attributed to the antiferromagnetic order, which can be interpreted as a magnetic toroidal dipole order. Our results reveal an excessively large nonreciprocal coefficient for this material, attributed to the strong effective magnetic field generated through − exchange interactions. The results also suggest that the nonreciprocal response of this material depends on the spin configurations of the antiferromagnetic domains. Overall, our findings are distinct from those previously reported for field-induced nonreciprocal charge transport and contribute to a comprehensive understanding of cross-correlations in symmetry-broken metals.

0403電子応用
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