強磁性材料における面内異常ホール効果の発見~軌道磁化とスピン磁化の非対角結合を実証~

2025-09-17 東京科学大学

東京科学大学・東京大学・理研の共同研究チームは、面内方向に磁化を持つ強磁性材料で異常ホール効果を初めて観測した。通常ホール効果は電流に垂直な磁場やスピン磁化で説明されるが、本研究ではSrRuO₃極薄膜を用いて面内スピン磁化と面直軌道磁化の共存状態を実現。磁場の角度を変えた測定でホール抵抗率が規則的に変化し、軌道磁化とスピン磁化の非対角結合が本質であることを明らかにした。これは従来のホール効果の理解を覆し、軌道磁化を利用した新たな物性研究や電子デバイス応用への道を開く成果である。研究結果はAdvanced Materialsに掲載。

強磁性材料における面内異常ホール効果の発見~軌道磁化とスピン磁化の非対角結合を実証~
図1. 面内磁場によって制御される新しい異常ホール効果(上)。非磁性・反強磁性材料における場合(左下)と、今回の強磁性材料における場合(右下)。後者では磁場なしの状態においても軌道磁化が顕在化する。

<関連情報>

強磁性酸化物における自発的面内異常ホール応答の観測 Spontaneous In-Plane Anomalous Hall Response Observed in a Ferromagnetic Oxide

Shinichi Nishihaya, Yuta Matsuki, Haruto Kaminakamura, Hiroki Sugeno, Ming-Chun Jiang, Yoshiya Murakami, Ryotaro Arita, Hiroaki Ishizuka, Masaki Uchida
Advanced Materials  Published: 16 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202502624

Abstract

Recent observation of anomalous Hall effect (AHE) induced by magnetic field or spin magnetization lying in the Hall deflection plane has sparked interest in diverse mechanisms for inducing the Hall vector component perpendicular to the applied magnetic field. Such off-diagonal coupling, which is strictly constrained by symmetry of the system, provides new degrees of freedom for engineering Hall responses. However, spontaneous response as extensively studied for out-of-plane AHE remains unexplored. Here, in-plane AHE in a typical ferromagnetic oxide SrRuO3 is elucidated. The (111)-orientated ultrathin films with in-plane easy axes of spin magnetization exhibit spontaneous AHE at zero field, which is intrinsically coupled to the in-plane spin magnetization and controllable via its direction. Systematic measurements by varying azimuthal and polar field angles further reveal complex Hall responses shaped by higher-order terms allowed by trigonal distortion of the films. These findings highlight versatile and controllable in-plane Hall responses with out-of-plane orbital ferromagnetism.

0703金属材料
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