交替磁性体でスイッチ可能なカイラルマグノンを観測

2026-06-16 東京大学,高エネルギー加速器研究機構

東京大学と高エネルギー加速器研究機構(KEK)の国際共同研究チームは、新しい磁性材料「交替磁性体(Altermagnet)」で、右回り・左回りのカイラリティを持つマグノン(スピン波)を世界で初めて直接観測した。マグノンは電子の代わりにスピン角運動量を運ぶため、ジュール熱によるエネルギー損失が極めて少なく、次世代の低消費電力スピントロニクス技術の有力候補とされている。研究では交替磁性体MnTeを対象に、偏極非弾性中性子散乱法を用いて分裂した二つのマグノンモード(Ω1、Ω2)のカイラリティを測定し、それぞれが右回り・左回りの性質を持つことを確認した。さらに、磁場中冷却時の外部磁場の向きを反転させることで、両モードのカイラリティが可逆的に入れ替わることを実証した。交替磁性体は強磁性体と異なり漏れ磁場をほとんど発生しないため、高密度集積化に適している。本成果は交替磁性体における理論予測を実験的に証明するとともに、情報をマグノンで伝送する高効率・低消費電力デバイス実現に向けた重要な基盤を提供するものである。

交替磁性体でスイッチ可能なカイラルマグノンを観測
図1:マグノンの強度およびカイラリティの測定結果と理論計算
(a) +5 mT後にHYSPECで測定したマグノンの強度と、(b) 対応する理論計算。(c) 測定したマグノンモードのカイラリティと、(d)対応する理論計算。赤色および青色の矢印は右回りマグノンΩ1 および左回りマグノンΩ2を示す。

<関連情報>

オルターマグネットにおける切り替え可能なカイラルマグノンの観測 Observation of Switchable Chiral Magnons in an Altermagnet

Zheyuan Liu, Hodaka Kikuchi,, Zijun Wei, Shinichiro Asai, Mechthild Enderle, Ursula B. Hansen, Vasile O. Garlea, Manh D. Le, Gøran J. Nilsen et al.
Physical Review Letters  Published: 12 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/m8lc-f8gk

Abstract

Chiral magnons, the quanta of handed spin waves, transport spin angular momentum without energy loss due to Joule heating. The recently discovered altermagnets were proposed to host chiral magnons arising from a nonrelativistic exchange mechanism, similar to that in ferromagnets but without net magnetization, offering a stray-field-free platform for efficient magnon spin-current manipulation. In this Letter, we directly observed chiral magnons in the altermagnetic prototype MnTe using polarized inelastic neutron scattering. Furthermore, the magnon chirality was found to be reversibly switched by magnetic-field control, establishing a robust foundation for functional altermagnetic magnonics.

0403電子応用
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