理化学研究所（理研） 創発物性科学研究センター 強相関物質研究グループのヌイェン・ドゥイ・カーン 研究員（研究当時、現客員研究員、東京大学 大学院工学系研究科 附属量子相エレクトロニクス研究センター 特任助教）、東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻のマックス・ヒルシュベルガー 准教授（理研 創発物性科学研究センター トポロジカル量子物質研究ユニット ユニットリーダー）らの国際共同研究グループは、トポロジカル反強磁性体「ＣｏＮｂ３Ｓ６」において、「ネルンスト（横型熱電）効果」として知られる大きな熱電効果の観測に成功しました。
未来社会のエネルギー供給を確保するためには、効率的なエネルギー変換技術、すなわちエネルギーハーベスティング技術（環境中の微小なエネルギーを集め、電気エネルギーへ変換する技術）と省エネルギー技術を並行して開発することが必要です。効率的なエネルギー変換のための１つのアプローチとして、ネルンスト効果が挙げられます。この熱電効果は、熱の流れを有用な電圧に変換することができ、特定の強磁性体物質で大きな効果を示します。しかし、強磁性体においては大きな磁化が、外部磁場によって簡単に向きを変えてしまうという欠点があります。一方、正味の磁化がゼロのトポロジカル反強磁性体では、固体内電子の量子力学的な性質によって生じる創発磁場を利用して、ネルンスト電圧を生成することが可能です。
国際共同研究グループは、回転方向（左向きまたは右向き）が固定されたキラルな結晶構造を持つ層状物質の反強磁性体「ＣｏＮｂ３Ｓ６」に注目しました。この物質のキラルな結晶構造と反強磁性秩序の組み合わせにより、大きな創発磁場が生成され、それはトポロジーという数学的概念によって理解することができます。この状況下で、正味の磁化がほとんどゼロであっても、反強磁性体において大きな「トポロジカル」ネルンスト効果が現れることを発見しました。今回の発見は、トポロジカル量子物質の研究において重要な進展であり、次世代のエネルギー技術や情報技術への応用の可能性を広げるものです。
本研究は、科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」オンライン版（現地時間２０２５年３月２６日付）に掲載されます。
本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ）戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「Ｂｅｙｏｎｄ Ｓｋｙｒｍｉｏｎを目指す新しいトポロジカル磁性科学の創出（研究代表者：于 秀珍、ＪＰＭＪＣＲ２０Ｔ１）」「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御（研究代表者：永長 直人、ＪＰＭＪＣＲ１８７４）」「第三の磁性体「Ａｌｔｅｒｍａｇｎｅｔ」の物質設計と機能開拓（研究代表者：関 真一郎、ＪＰＭＪＣＲ２３Ｏ４）」、同 創発的研究支援事業の川村パネル研究領域「中心対称な金属におけるメロン・スキルミオン構造の開拓 Ｐｉｏｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅｒｏｎ ａｎｄ ｓｋｙｒｍｉｏｎ ｔｅｘｔｕｒｅｓ ｉｎ ｃｅｎｔｒｏｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔａｌｓ（研究代表者：Ｈｉｒｓｃｈｂｅｒｇｅｒ Ｍａｘｉｍｉｌｉａｎ、ＪＰＭＪＦＲ２２３８）、日本学術振興会（ＪＳＰＳ）科学研究費助成事業新学術領域研究（研究領域提案型）「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ ａｎｄ ｍｅｍｏｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｐｉｎ－ｓｐｉｒａｌ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ（研究代表者：Ｈｉｒｓｃｈｂｅｒｇｅｒ Ｍａｘｉｍｉｌｉａｎ、２２Ｈ０４４６３）」、同 基盤研究（Ｂ）「磁気構造探索と統合的物性スクリーニングによる機能反強磁性体設計（研究代表者：野本 拓也、２４Ｋ００５８１）」、同 基盤研究（Ｓ）「磁性伝導体における新しい創発電磁誘導（研究代表者：十倉 好紀、２３Ｈ０５４３１）」、同 若手研究「電気活性な反強磁性の持つ光制御性・創発的な伝導応答の理論的解明（研究代表者：渡邉 光、２３Ｋ１３０５８）」「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔａｔｅ ｉｎ Ｎｏｎ－ｃｅｎｔｒｏｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ（研究代表者：ヌイェン・カーン、２１Ｋ１３８７３）」、同 基盤研究（Ｓ）「マクロな時間反転対称性の破れた反強磁性体の物質設計と電気的制御（研究代表者：関 真一郎、２１Ｈ０４９９０）」「マルチカロリトロニクス（研究代表者：内田 健一、２２Ｈ０４９６５）」、同 学術変革領域研究（Ａ）「キメラ準粒子のエレクトロニクス（研究代表者：深見 俊輔、２４Ｈ０２２３５）」、公益財団法人 村田学術振興・教育財団、公益財団法人 山田科学振興財団、公益財団法人 服部報公会、公益財団法人 マツダ財団、公益財団法人 カシオ科学振興財団、公益財団法人 稲盛財団、公益財団法人 高柳健次郎財団、Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｇｅｍｅｉｎｓｃｈａｆｔ（ＤＦＧ、Ｇｅｒｍａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ）（Ｎｏ．５１８２３８３３２）の助成を受けて行われました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（１．０２ＭＢ）
＜論文タイトル＞
- “Gapped nodal planes and large topological Nernst effect in the chiral lattice antiferromagnet CoNb3S6”
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-025-57320-9
＜お問い合わせ先＞
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