冷やすほど強くなる磁石のダイオード効果 ~量子ゆらぎと「近藤効果」が生む新現象を理論的に予言~

2026-07-17 東京科学大学

東京科学大学の石塚大晃准教授らは、カイラル磁性体において量子ゆらぎが非相反電流(ダイオード効果)を低温で著しく増強することを理論的に予言した。従来は磁気モーメントを古典的スピンとして扱っていたが、本研究では量子ゆらぎを考慮した解析を行い、非線形電気伝導度σ^(2)が低温で log(T) に従う対数温度依存性を示すことを発見した。この起源を解析した結果、磁気モーメントの量子ゆらぎによる散乱の増強、すなわち近藤効果と同様の量子多体効果で説明できることを明らかにした。また、非相反電流はベクトル・カイラリティや外部磁場の向きにも敏感に応答することを示した。本成果は、カイラル磁性体の輸送現象と近藤物理を結び付ける新たな理論的枠組みを提示するものであり、MnSiなどでの実験検証や、量子効果を利用したスピントロニクス素子、非相反デバイス、量子情報デバイスの開発への応用が期待される。

冷やすほど強くなる磁石のダイオード効果 ~量子ゆらぎと「近藤効果」が生む新現象を理論的に予言~
図1. ベクトル・カイラリティを持つ2スピン(各図の青で示したスピン)による非対称磁気散乱の模式図。

<関連情報>

非相互応答における近藤効果 Kondo Effect in Nonreciprocal Response

Hajime Murata and Hiroaki Ishizuka
Physical Review Letters  Published: 15 July, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/y243-ygbf

Abstract

Chiral magnetic states give rise to rich phenomena, from the anomalous Hall effect and the nonlinear electrical current to multiferroics and magnetochiral dichroism. Most of the studies on electrical transport so far have focused on the cases where the magnetic moments are well approximated by classical local moments. Here, we reveal that the coexistence of quantum fluctuations and chiral spin correlations gives rise to a log⁡(T) temperature dependence in the electrical magnetochiral effect, a nonreciprocal response. Using the Green’s function method and a scattering theory approach, we show that the log⁡(T) temperature dependence occurs through a scattering process similar to that of the Kondo effect. The electrical magnetochiral effect is sensitive to the sign of vector spin chirality and the magnetic field. The results demonstrate that local spin correlations and quantum fluctuations cooperatively induce nontrivial properties in transport phenomena.

0402電気応用
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