トポロジーの異なる絶縁体界面による高効率磁化制御

理化学研究所（理研） 創発物性科学研究センター 強相関量子伝導研究チームの茂木 将孝　客員研究員、十倉 好紀　チームリーダー（東京大学　卓越教授／東京大学 国際高等研究所 東京カレッジ）、吉見 龍太郎　研究員、強相関界面研究グループの川﨑 雅司　グループディレクター（東京大学 大学院工学系研究科　教授）、創発光物性研究チームの小川 直毅　チームリーダー、東京大学 大学院工学系研究科の藤村 怜香（修士課程２年）、東北大学 金属材料研究所の塚﨑 敦　教授らの共同研究グループは、トポロジカル絶縁体と強磁性絶縁体の積層構造において、電流を流すことにより磁化方向が反転することを実証しました。

本研究成果は、２つの異なるトポロジーを持つ絶縁体界面に流れるトポロジカル電流が、強磁性絶縁体層の磁化に対して高効率にトルク（回転力）を与えることを示しており、低消費電力スピントロニクス素子への応用が期待できます。

今回、共同研究グループは、独自に開発したトポロジカル絶縁体「（Ｂｉ_１－ｘＳｂ_ｘ）_２Ｔｅ_３（Ｂｉ：ビスマス、Ｓｂ：アンチモン、Ｔｅ：テルル）」と強磁性絶縁体「Ｃｒ_２Ｇｅ_２Ｔｅ_６（Ｃｒ：クロム、Ｇｅ：ゲルマニウム）」の薄膜積層界面において、強い磁気近接効果が生じることに着目しました。薄膜面内に電流を流したところ、界面に生じたスピン蓄積が強磁性絶縁体の磁化にトルクを与え、磁化方向が上下に反転することが分かりました。さらに、トポロジカル絶縁体層の組成調整によって、トポロジカル絶縁体と強磁性絶縁体の界面におけるトポロジカル電流が高効率な磁化反転の起源として支配的であることが明らかになりました。

本研究は、オンライン科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」に２０２１年３月３日付で掲載されます。