従来困難だった磁性体の 結晶対称性由来の磁区を識別する手法を開発~ 超低消費電力・高速動作素子を実現するスピントロ二クス材料の開発に拍車~

2025-11-14 早稲田大学

東北大学・早稲田大学・大阪公立大学の研究チームは、円偏光を用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)により、従来識別が困難だった交替磁性体の結晶対称性由来の磁区を定量的に観測する新手法を開発した。対象としたMnTeでは、右・左回り円偏光による散乱強度差(RIXS-CD)が磁気秩序による鏡映対称性の破れに敏感であることを利用し、磁区ごとの構成比(約47%、22%、31%)を抽出することに成功した。従来のXMCDでは検出できないタイプの磁区を識別できる点が革新的であり、スピントロニクス材料の電子状態解析に新しい道を開く。この手法はトポロジカル磁性体など他の量子物質にも広く適用可能で、将来的にはマグノンのカイラリティ解明やマグノニクス材料研究にも貢献すると期待される。

従来困難だった磁性体の 結晶対称性由来の磁区を識別する手法を開発~ 超低消費電力・高速動作素子を実現するスピントロ二クス材料の開発に拍車~

図1. 三種類の共線磁性体の概念図。強磁性体(左)はスピンの向きが揃った状態、反強磁性体(中央)はスピンの向きが相殺する状態。反強磁性体の2つの副格子は空間反転(P)や並進(t)で結びつく。第三の磁性体と呼ばれる交替磁性体(右)もスピンが相殺した状態だが、副格子を結びつけるには空間回転を伴う操作(図の場合は90度回転C4と並進t)を行う必要がある。

<関連情報>

共鳴非弾性X線散乱における円二色性:MnTeの交代磁性ドメインの探究 Circular Dichroism in Resonant Inelastic X-Ray Scattering: Probing Altermagnetic Domains in MnTe

D. Takegami, T. Aoyama, T. Okauchi, T. Yamaguchi, S. Tippireddy, S. Agrestini, M. García-Fernández, T. Mizokawa, K. Ohgushi et al.
Physical Review Letters  Published: 6 November, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/512v-n5f9

Abstract

X-ray magnetic circular dichroism provides a means to identify ferromagnetic, chiral, and altermagnetic orders via their time-reversal-symmetry (T) breaking. However, the symmetry properties that govern circular dichroism (CD) in resonant inelastic x-ray scattering (RIXS) remain poorly understood. We show that, due to the inherent irreversibility of the RIXS process, RIXS-CD does not require T breaking to be present, but reflects the change in unitary symmetries associated with magnetic ordering. Using the altermagnetic MnTe as a model system, we observe an azimuthal-angle dependent RIXS-CD signal in the magnon excitations. Our findings highlight the sensitivity of RIXS-CD to the relativistic symmetry in magnetic systems and its potential application as a probe of magnetic domains.

1701物理及び化学
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