磁性絶縁体中の磁壁における金属的性質を観測 －磁場や温度で制御可能な新しい磁気メモリーの実現に期待－：物理工学専攻 藤岡淳 講師、博士課程 上田健太郎、十倉好紀 教授

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター強相関界面研究グループの藤岡淳客員研究員（東京大学大学院 工学系研究科 講師）と上田健太郎研修生（東京大学大学院 工学系研究科 大学院生）、創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長（東京大学大学院 工学系研究科 教授）、米国スタンフォード大学のジーシュン・シェン教授らの国際共同研究グループは、絶縁性の高い磁性体（磁性絶縁体）において磁壁が金属的性質を持つことを、走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を用いて観測することに成功しました。

磁性体では一般に、配向性が異なる磁区が試料内にランダムに分布します。各磁区の境界である磁壁は、磁区内とは異なった磁気状態や電子状態が生じ、それが磁性体の磁気的あるいは電気的性質を決定づける場合があります。しかし、電気を通さない磁性絶縁体の磁壁の電気的性質は解明されていませんでした。また、反強磁性体であるとともに、試料の電気的特性が金属から絶縁体へ変化するパイロクロア型結晶構造を持つイリジウム酸化物では、磁区内部は絶縁体にも関わらず磁壁には金属的性質を持つという興味深い現象が予想されています。しかし、それを直接観測して裏付け る実験的な証拠がありませんでした。今回、国際共同研究グループは、走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を利用した実空間観測によって、磁性絶縁体内部の磁壁の金属的性質の有無を確かめるとともに、磁壁の電気的、磁気的性質の解明を目指しました。

走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡を利用し、磁性絶縁体であるネオジウムイリジウム酸化物（Nd2Ir2O7）表面の伝導特性を評価したところ、細線状の金属的磁壁が温度変化によってランダムに現れ、外部磁場によって生成、消滅することが分かりました。さらに、磁壁分布を観測しながら微細な電極間の抵抗を測定することで、温度、磁場変化による磁壁の電気伝導特性を定量的に評価することに成功しました。

国際共同研究グループは、理論的に予測されていた磁性絶縁体の磁壁における金属的性質の存在を実験的に実証しました。この成果は、固体中における磁性と電子状態に関する基礎的な理解を深めるとともに、金属的磁壁を利用した新しい磁気メモリーの実現につながることが期待できます。

本研究は、最先端研究開発支援（FIRST）プログラム「強相関量子科学」の支援を受けて実施されました。成果は、国際科学雑誌『Science』（10月29日号、日本時間10月30日）に掲載されます。

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