量子センサーで新しい磁性体「アルターマグネット」を検出する手法を提案(Quantum Sensor May Be Able to Identify New Type of Magnetism)

2026-05-29 バッファロー大学(UB)

バッファロー大学の研究チームは、近年発見された新しい磁性状態「アルターマグネティズム(altermagnetism)」を検出するための量子センシング手法を提案した。アルターマグネティズムは、強磁性体と反強磁性体に続く“第三の磁性”として注目されており、外部磁化を持たない一方で、電子スピンに由来する特異な内部磁気構造を示す。この性質により、高速かつ低消費電力なスピントロニクス素子への応用が期待されている。しかし、その実験的同定は難しく、既存手法では材料への影響が大きいという課題があった。研究チームは、窒素空孔中心(NV中心)を含むダイヤモンド量子センサーを用い、候補材料近傍でスピン緩和時間の方向依存性を測定する方法を考案した。理論計算では、アルターマグネット特有の複雑なスピン配置を高感度かつ非破壊的に検出できる可能性が示された。現在は理論段階だが、本手法が実証されれば、200種類以上存在すると予測されるアルターマグネット材料の探索を加速し、省エネルギー情報処理技術の発展につながると期待される。

量子センサーで新しい磁性体「アルターマグネット」を検出する手法を提案(Quantum Sensor May Be Able to Identify New Type of Magnetism)
An illustration of the atomic structure of altermagnets. Neighboring atoms are rotated and their magnetic spins are flipped. Photo: Libor Šmejkal & Anna Birk Hellenes

<関連情報>

変磁性秩序の量子不純物センシング Quantum Impurity Sensing of Altermagnetic Order

V. A. S. V. Bittencourt, Hossein Hosseinabadi, Jairo Sinova,, Libor Šmejkal, and Jamir Marino
Physical Review Letters  Published: 8 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/2ppn-kvjv

Abstract

Quantum sensing with individual spin defects has emerged as a versatile platform to probe microscopic properties of condensed matter systems. Here we demonstrate that quantum relaxometry with nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond can reveal the anisotropic spin dynamics of altermagnetic insulators together with their characteristic spin polarised bands. We show that the distance and orientation dependent relaxation rate of a nearby quantum impurity encodes signatures of momentum space anisotropy in the spin diffusion response, a hallmark of altermagnetic order. This directional sensitivity is unprecedented in the landscape of quantum materials sensing, and it enables the distinction of altermagnets from conventional antiferromagnets via local, noninvasive measurements. Our results could spark new NV-sensing experiments on spin transport and symmetry breaking in altermagnets, and highlight the role of NV orientation to probe anisotropic phenomena in condensed matter systems.

1701物理及び化学
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