東京大学,東北大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年１２月２０日

東京大学
東北大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

光でワイル半金属の磁化とカイラリティを反転

～トポロジカル物質の光制御に道を開く～

ポイント

ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、東京大学 低温科学研究センターの島野 亮 教授、東京大学 大学院理学系研究科の吉川 尚孝 助教、小川 和馬 大学院生、東北大学 金属材料研究所の塚﨑 敦 教授、藤原 宏平 准教授の共同研究グループは、トポロジカル物質の一種である磁性ワイル半金属中の電子が持つカイラリティと磁化を光によって反転させることに成功しました。

ワイル半金属の中の電子はあたかも質量ゼロの粒子であるワイル粒子のように振る舞い、右巻き・左巻きで特徴付けられるカイラリティと呼ばれる自由度を持ちます。中でも磁性を示すワイル半金属の中の電子は、外部から磁場を加えなくても内部に生じる擬似的な磁場を感じ、巨大な異常ホール効果を示します。この異常ホール効果によってもたらされる電流はエネルギー散逸のない電流であることから、低消費電力で動作する次世代量子デバイスなど、さまざまな応用展開が期待されています。

今回発見した光による磁化・カイラリティの反転現象は、この異常ホール効果の符号の反転ももたらします。磁化の反転のために外から磁石などで外部磁場を加える必要がなく、光のみで強磁性ワイル半金属の磁化とカイラリティを制御することが可能になるため、ワイル半金属の性質を光で制御する新たな手法として注目されます。

本研究成果は、２０２２年１２月２０日（英国時間）に英国オンライン科学誌「Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ」のオンライン版で公開されます。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」研究領域（研究総括：上田 正仁）における研究課題「トポロジカル非線形光学の新展開」課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１９Ｔ３（研究代表者：島野 亮）、および研究課題「トポロジカル機能界面の創出」課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ２（研究代表者：塚﨑 敦）の一環として行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Non-volatile chirality switching by all-optical magnetization reversal in ferromagnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2”
ＤＯＩ：10.1038/s42005-022-01106-8

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Non-volatile chirality switching by all-optical magnetization reversal in ferromagnetic Weyl semimetal Co₃Sn₂S₂”

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