フラットバンドが生む世界最大の横磁気熱電伝導率 ー磁気秩序下での遍歴フラットバンドを初めて実証ー

2026-04-28 東京大学

東京大学らの研究チームは、フェリ磁性体GdCo5において室温で世界最大の横磁気熱電伝導率を観測し、その起源が遍歴フラットバンドにあることを実証した。ハニカム格子とカゴメ格子が積層した構造により、電子の波動関数干渉から運動量に依存しないフラットバンドが形成され、磁気秩序下でもフェルミエネルギー近傍に存在することをARPESと第一原理計算で確認した。さらに、このフラットバンドに由来する大きなベリー曲率が異常ネルンスト効果を増強し、巨大な磁気熱電応答を生むことを明らかにした。磁性体で遍歴フラットバンドを観測した初の例であり、熱電変換素子やスピントロニクスデバイスへの応用が期待される。

フラットバンドが生む世界最大の横磁気熱電伝導率 ー磁気秩序下での遍歴フラットバンドを初めて実証ー
図1(左)積層ハニカム-カゴメ格子上に配置されたCo原子による波動関数の干渉効果の模式図。(右)遍歴フラットバンドの角度分解光電子分光(ARPES)による観測結果と理論計算。赤色の面が理論計算による遍歴フラットバンド、赤丸とカラーマップがARPESにより得られた遍歴フラットバンドを表す。

<関連情報>

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Advanced Materials  Published: 27 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202517521

ABSTRACT

Interference of electronic wavefunctions may result in the emergence of a flat band, and trigger nontrivial correlated phenomena and phase formations when the flat band crosses the Fermi energy EF. To date, such an itinerant flat band at EF has been reported for electronic states without symmetry breaking. If a flat band arises at EF even with broken symmetry, the ordered state may offer a distinct platform for studying novel phases and spontaneous responses. Here we report experimental and theoretical evidence for itinerant ferromagnetic flat bands formed by spin-polarized d-electron orbitals on a stacked honeycomb–kagome lattice, hosting the alternating stack of honeycomb and kagome sublattices. Our theory together with angle-resolved photoemission spectroscopy and magneto–thermoelectric measurements finds multiple topological flat bands at EF generating large Berry curvature in the ferrimagnet GdCo5  below its Curie temperature of 940 K. We observe large transverse responses, in particular, gigantic anomalous Nernst effect producing the largest transverse thermoelectric conductivity over 10 A m-1K-1 at room temperature. Our study paves a path for developing itinerant magnetic flat bands and to their spintronic and thermoelectric applications.

1701物理及び化学
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