らせん磁性金属の隠れた電子的極性を測り、操る~金属のマルチフェロイクス機能を実現~

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2025-04-25 東京大学

東京大学大学院工学系研究科の研究グループは、理化学研究所と共同で、金属材料におけるマルチフェロイック機能の実現に成功しました。具体的には、高温らせん磁性体YMn₆Sn₆において、らせんの巻き方向(時計回り・反時計回り)を電流で制御し、それに伴う電子的極性とトロイダルモーメントの変化を非相反電気抵抗の測定により検出しました。これにより、従来絶縁体でのみ観測されていたマルチフェロイック特性を金属中でも確認し、電気的に制御可能であることを実証しました。この成果は、スピントロニクスや次世代メモリデバイスへの応用が期待されます。

らせん磁性金属の隠れた電子的極性を測り、操る~金属のマルチフェロイクス機能を実現~
らせんの巻きの向き(時計回り・反時計回り)、電子的極性、トロイダルモーメントの方向を電流で制御

<関連情報>

マルチフェロイック導体におけるスピンヘリシティと非相反的電荷輸送の電流制御 Current Control of Spin Helicity and Nonreciprocal Charge Transport in a Multiferroic Conductor

Daiki Yamaguchi, Aki Kitaori, Naoto Nagaosa, Yoshinori Tokura
Advanced Materials  Published: 07 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202420614

Abstract

A multiferroic state with both electronic polarity (P) and magnetization (M) shows the inherently strong PM coupling when P is induced by cycloidal (Néel-wall like) spin modulation. The sign of P is determined by the clockwise or counterclockwise rotation of spin, termed the spin helicity. Such a multiferroic state is not limited to magnetic insulators but can be broadly observed in conductors. Here, the current control of the multiferroics is reported in a helimagnetic metal YMn6Sn6 and its detection through nonreciprocal resistivity (NRR). The underlying concept is the coupling of the current with the toroidal moment TP×M∼(×χvM as well as with the magneto-chirality χv · M, where and χv are the unit modulation wave vector and the vector spin chirality, respectively. An enhancement of NRR is furthermore observed by the spin-cluster scattering via χv and its fluctuation. These findings may pave the way to an exploration of multiferroic conductors and the application of the spin-helicity degree of freedom as a state variable.

0402電気応用
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