交替磁性ドメインの磁場制御に成功、偏極中性子回折で観測

2026-06-24 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)の共同研究グループは、交替磁性体MnTeにおいて、交替磁性ドメインが弱強磁性と結合していることを実験的に明らかにし、ミリテスラ級の微弱な磁場でドメインを制御することに成功した。研究では、偏極中性子回折を用いて、核散乱と磁気散乱の干渉信号から交替磁性ドメインを直接観測した。その結果、磁場中冷却によって誘起される弱強磁性モーメントの向きを反転させると、交替磁性ドメインも同時に反転することを実証した。また、この際に生じる漏れ磁場は約10⁻³ mTと、従来の強磁性体(約10 mT)に比べ極めて小さいことが判明した。本成果は、漏れ磁場をほぼゼロに抑えながら磁場で容易に制御できる交替磁性体の実現可能性を示すものであり、低消費電力・高密度集積が可能な次世代スピントロニクスデバイスや量子デバイスの開発に向けた重要な基盤技術となる。

交替磁性ドメインの磁場制御に成功、偏極中性子回折で観測
交替磁性体では、スピンによって散乱された偏極中性子と、非磁性原子によって散乱された偏極中性子との干渉を利用することで、交替磁性ドメインを検出することができます。

<関連情報>

偏極中性子回折によるバルクMnTeにおける異方性秩序スイッチングの観測 Observation of Altermagnetic Order Switching in Bulk MnTe by Polarized Neutron Diffraction

Zheyuan Liu, Shinichiro Asai, Shingo Takahashi, Hiraku Saito, Taro Nakajima, and Takatsugu Masuda
Physical Review Letters  Published: 23 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/yklc-9n6t

Abstract

Altermagnetic order, characterized by the Néel vector, breaks time-reversal symmetry (TRS) even in the nonrelativistic limit. Although spin-polarized and anomalous transport phenomena emerge with this order, they are mutually compensated by TRS-connected antiphase domains with opposite Néel vectors. Here we employ polarized neutron diffraction to directly probe the altermagnetic order in MnTe. Pronounced nuclear-magnetic interference terms were observed, providing direct evidence of a net Néel vector in the bulk crystal. Moreover, a weak ferromagnetic moment (WFM), originating from relativistic spin-orbit coupling, was found to be coupled with the altermagnetic order. Both the altermagnetic order and the WFM can be switched by milli-Tesla-scale magnetic field cooling.

1701物理及び化学
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