東京工業大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）,東京大学,理化学研究所,総合科学研究機構（ＣＲＯＳＳ）,Ｊ－ＰＡＲＣセンター

令和３年１２月２３日

東京工業大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）
東京大学
理化学研究所
総合科学研究機構（ＣＲＯＳＳ）
Ｊ－ＰＡＲＣセンター

巨大な磁場応答を示す三角格子磁性半導体

～３拍子そろった稀有な磁性材料の発見～

ポイント

東京工業大学 理学院 物理学系の打田 正輝 准教授、石塚 大晃 准教授らの研究グループは、東京大学 大学院工学系研究科の川﨑 雅司 教授、理化学研究所 創発物性科学研究センターの永長 直人 グループディレクター、東京大学 物性研究所の徳永 将史 准教授、中島 多朗 准教授、東京大学 大学院新領域創成科学研究科の有馬 孝尚 教授、総合科学研究機構の大石 一城 副主任研究員らの研究グループと共同で、磁性を担う元素が三角格子をなす新しい磁性半導体を開発し、磁気秩序温度よりもはるかに高温から巨大な異常ホール効果を発現させることに成功した。

打田准教授らは、希土類元素であるユウロピウムが特徴的な三角格子を形成しているヒ化ユウロピウムＥｕＡｓに着目し、分子線エピタキシー成長によるＥｕＡｓ単結晶薄膜の作製に成功した。系統的な測定の結果、ＥｕＡｓが１）低いキャリア密度、２）強い交換相互作用、３）有限のスピンカイラリティという、巨大な異常ホール効果の実現に必要な３拍子がそろった稀有な材料であることを発見した。さらに、理論計算が予測する通り、異常ホール効果により電流が曲げられる割合を示す異常ホール角が０．１を超え、この巨大応答が磁気秩序温度よりもはるかに高い温度から現れることを明らかにした。今回の成果は、スピンが非共面的に並んだ構造が、半導体において巨大な磁場応答を生み出すことを示しており、トポロジカルな磁気秩序構造を持つ磁性半導体の材料開拓と、その巨大磁場応答を利用したスピントロニクスデバイス応用につながると期待される。

本研究成果は、米国科学誌「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」に日本時間２０２１年１２月２３日（米国東部時間１２月２２日）に掲載される。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「薄膜技術を駆使したトポロジカル半金属の非散逸伝導機能の開拓」（Ｎｏ．ＪＰＭＪＰＲ１８Ｌ２）、ＣＲＥＳＴ「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成」（Ｎｏ．ＪＰＭＪＣＲ１６Ｆ１）、日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究（Ｂ）（Ｎｏ．ＪＰ１８Ｈ０１８６６、Ｎｏ．ＪＰ１９Ｈ０１８５６、Ｎｏ．ＪＰ１７Ｈ０２８１５、ａｎｄ Ｎｏ．ＪＰ２１Ｈ０１８０４）、稲盛財団の支援を受けて行われた。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Above-ordering-temperature large anomalous Hall effect in a triangular-lattice magnetic semiconductor”
ＤＯＩ：10.1126/sciadv.abl5381

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Novel Semiconductor Gives New Perspective on Anomalous Hall Effect”

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