2次元アルターマグネットの証拠を明らかにする新しいトポロジカル顕微鏡探針(New Topological Microscope Tip Reveals Evidence of 2D Altermagnetism)

2026-10-13 中国科学院(CAS)

中国科学院(CAS)傘下の中国科学技術大学(USTC)などの研究チームは、原子スケールで磁気状態を検出できる走査トンネル顕微鏡(STM)の新型探針を開発し、二次元交代磁性(アルターマグネティズム)の存在を支持する証拠を得た。探針にはトポロジカル物質α-Bi₄Br₄の単結晶を用い、集束イオンビーム加工によって作製した。量子スピンホール効果に由来するヘリカル端状態を利用することで、電子のスピンに依存した情報を原子レベルで検出できる。候補物質KV₂Se₂Oの表面を測定した結果、電圧極性の反転に伴う電子散乱パターンの90度回転など、交代磁性と整合する特徴を観測した。従来の非磁性探針では同様の変化は確認されなかった。本成果は、トポロジカル物質の特性を原子スケールの測定技術に応用し、二次元磁性体やモアレ材料の磁気状態解明を進める新たな手法となる可能性がある。

<関連情報>

らせんトンネル効果による2次元d波オルタ磁性体の原子スケールスピンセンシング Atomic-scale spin sensing of a 2D d-wave altermagnet via helical tunneling

Zhuying Wang, Shuikang Yu, Xingkai Cheng, Xiaoyu Xiao, Wanru Ma, Yitian Ma, Feixiong Quan, Hongxi Song, Kunming Zhang, Yunmei Zhang, Wenhao Liu, Priti Yadav, Haohao Sheng, Aifeng Wang, Xiangbiao Shi, Zhijun Wang, Qian Niu, Yang Gao, Bin Xiang, Junwei Liu, Zhenyu Wang & Xianhui Chen
Nature  Published: 13 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-11257-1  Early provide

Abstract

Altermagnets simultaneously possess momentum-dependent nonrelativistic spin splitting and zero net magnetization (1-6). Their defining crystalline symmetry connects opposite-spin sublattices in real space and imposes alternating spin polarization on the symmetry-related electronic states in momentum space (1-3). Identifying such an order and its associated spin response therefore calls for atomic-scale spin-sensitive measurements in both real and momentum space, an experimental milestone yet to be achieved. Here we show that the helical edge modes of the higher-order topological insulator α-Bi4Br4 can serve as a spin-selective scanning tunnelling microscopy probe of the two-dimensional d-wave altermagnetic order in the surface layer of KV2Se2O. Atomically registered mapping reveals the spatial relationship between the two V sublattices and a density-wave lattice modulation, as well as real-space patterns consistent with the checkerboard antiferromagnetic order. Field-dependent spectroscopy further finds opposite energy shifts of the unidirectional quasiparticle excitations extending along two orthogonal crystal axes and a predominantly out-of-plane magnetic response. In momentum space, spin-sensitive quasiparticle interference imaging reveals a bias-reversing d-wave anisotropy between the symmetry-paired X and Y valleys. These results provide converging evidence for two-dimensional d-wave altermagnetism on the surface of KV2Se2O and demonstrate helical-edge-mode tunnelling as a route for atomic-scale spin sensing in quantum materials.

1701物理及び化学
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