散逸的な磁壁運動による創発電場の発生~磁壁の電流駆動における「摩擦」が生む巨大応答~

2026-01-15 理化学研究所,東京大学,科学技術振興機構,ニューサウスウェールズ大学

理化学研究所・東京大学などの国際共同研究グループは、磁性体中の磁壁を交流電流で振動させたとき、散逸(摩擦)を伴う磁壁運動によって量子力学的な「創発電場」が生じることを実験的に観測した。磁性ワイル半金属NdAlSiを対象に、磁気力顕微鏡で磁気ドメインと磁壁の分布を確認し、マイクロメートル素子に電流を印加。複素インピーダンス測定で、磁壁が存在する低磁場領域(約0.2T以下)でのみ虚部応答が増大することから創発電場を検出した。解析により、磁壁駆動の「摩擦」が巨大応答の鍵であると示し、スピントロニクス素子の高効率化や超小型インダクタなどへの応用が期待される。成果は『Nature Physics』に掲載。

散逸的な磁壁運動による創発電場の発生~磁壁の電流駆動における「摩擦」が生む巨大応答~
電流によって駆動される磁壁(灰色部分)の運動と創発電場の発生

<関連情報>

ワイル磁性体における磁壁の散逸滑りダイナミクスによって誘起される創発電場 Emergent electric field induced by dissipative sliding dynamics of domain walls in a Weyl magnet

Rinsuke Yamada,Daichi Kurebayashi,Yukako Fujishiro,Shun Okumura,Daisuke Nakamura,Fehmi S. Yasin,Taro Nakajima,Tomoyuki Yokouchi,Akiko Kikkawa,Yasujiro Taguchi,Yoshinori Tokura,Oleg A. Tretiakov & Max Hirschberger
Nature Physics  Published:15 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-025-03124-z

Abstract

The dynamic motion of topological defects in magnets induces an emergent electric field, as exemplified by the continuous flow of skyrmion vortices. However, the electrodynamics underlying this emergent field remains poorly understood. In this context, magnetic domain walls—one-dimensional topological defects with two collective modes, sliding and spin-tilt—offer a promising platform for exploration. Here we demonstrate that the dissipative motion of domain walls under oscillatory current excitation generates an emergent electric field. We image domain patterns and quantify the domain-wall length under applied magnetic fields in mesoscopic devices based on the magnetic Weyl semimetal NdAlSi. These devices exhibit exceptionally strong domain-wall scattering and a pronounced emergent electric field, as observed in the imaginary component of the complex impedance. Spin dynamics simulations reveal that domain-wall sliding dominates over spin-tilting, in which the phase delay of the domain-wall motion with respect to the driving force impacts the emergent electric field. Our findings establish domain-wall dynamics as a platform for studying emergent electromagnetic fields and motivate further investigations of the coupled motion of magnetic solitons and conduction electrons.

0403電子応用
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