反強磁性体における巨大な磁気光学効果の実証に成功 ―非自明なスピン配列による新機構、磁気情報の読み出し方法として期待―

2026-05-27 東京大学

東京大学、理化学研究所などの共同研究チームは、磁化を持たない反強磁性体において、巨大な「トポロジカル磁気光学効果」を実証することに成功した。研究成果は『Nature Communications』に掲載された。従来、磁気光学効果は強磁性体の磁化や外部磁場に依存すると考えられてきたが、本研究では非共面的なスピン配列を持つ反強磁性体CoNb₃S₆において、スピンカイラリティ由来の仮想磁場が光の偏光面を大きく回転させることを確認した。観測された偏光回転は強磁性体に匹敵し、磁化規格化では従来物質の100~1000倍に達する巨大応答だった。さらに、この効果を用いて反強磁性状態の実空間イメージングにも成功した。反強磁性体は漏れ磁場が小さく、高速応答や高密度化に優れるため、今回の成果は次世代スピントロニクスや磁気記憶デバイスにおける新たな情報読み出し技術として期待される。

反強磁性体における巨大な磁気光学効果の実証に成功 ―非自明なスピン配列による新機構、磁気情報の読み出し方法として期待―
立体的なスピン配列の反強磁性秩序を磁気光学効果により読み出している模式図

<関連情報>

非共面反強磁性体における巨大なトポロジカル磁気光学効果 Giant topological magneto-optical effect in noncoplanar antiferromagnet

Y. Okamura,Y. Hayashi,N. D. Khanh,Y. Tokura,S. Seki & Y. Takahashi
Nature Communications  Published:27 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72889-5

Abstract

Geometrical frustration on triangular lattice is expected to exhibit diverse quantum spin and electronic states endowed with emergent electromagnetic phenomena. The all-in-all-out (AIAO)-type antiferromagnetic spin structure is one such example, possessing the scalar spin chirality that generates giant emergent magnetic field with vanishingly small magnetization. Here, we report on the large spontaneous magneto-optical Kerr effect (MOKE) caused by the AIAO/AOAI state in quasi-two-dimensional triangular-lattice compound CoNb3S6. Over the entire measured energy region from 55 to 2000 meV, the MOKE is found to be dominated only by the spin chirality. Essential role of momentum-space Berry curvature for both MOKE and dc Hall effect is demonstrated by the spectral analysis of optical Hall conductivity derived from MOKE. The figure of merit of observed topological MOKE, light-polarization rotation angle divided by magnetization, largely exceeds other magnets including time-reversal-symmetry broken antiferromagnet Mn3Sn. Our findings demonstrate the strong light-spin coupling through the spin chirality, paving the way for antiferromagnetic spintronics and future optospintronic devices.

0403電子応用
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