伝導電子と磁性との相互作用の結果、電流と垂直方向に電圧が生じる現象は「異常ホール効果」と呼ばれ、基礎・応用の両観点から近年大きな注目を集めています。その起源には、固体中の仮想磁場に由来するものと、不純物からの電子散乱によるものがありますが、近年の固体中の幾何学的位相の概念確立によって、多くの物質で前者の寄与が支配的であることが明らかになったため、電子散乱による機構はあまり注目されてきませんでした。
東京大学大学院工学系研究科の藤代有絵子大学院生と金澤直也講師、理化学研究所創発物性科学センターの十倉好紀センター長らを中心とする研究グループは、東京大学物性研究所の徳永将史准教授、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、理化学研究所創発物性科学センターの于秀珍チームリーダー、東京大学大学院工学系研究科の永長直人教授、市川昌和名誉教授、川﨑雅司教授らの研究グループと共同で、カイラル磁性体MnGe（Mn：マンガン、Ge：ゲルマニウム）の薄膜において、電子散乱機構に基づく巨大な異常ホール効果を発見しました。この結果を、従来の電子散乱機構によって説明することはできず、熱励起された非共面的なスピン集団が電子を散乱するという、全く新しい機構で理解できる可能性を示しました。特に、異常ホール効果の詳しい温度・磁場依存性や、膜厚制御による磁気異方性に対する変化を調べることで、上記の機構の妥当性を実証しました。
今回の成果により、電子散乱に起因した巨大異常ホール効果の観測が、今後より多くの物質で期待できます。また一般に、ホール電流はエネルギー損失を伴わないため、省電力デバイスの新たな設計指針につながることが期待できます。



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Nature Communications : https://www.nature.com/articles/s41467-020-20384-w

物性研究所：http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=12204

科学技術振興機構（JST）：https://www.jst.go.jp/pr/announce/20210113/index.html

東北大学：http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/01/press20210113-02-mnge.html

東北大学 金属材料研究所（IMR）：http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/news/results/detail---id-1298.html

理化学研究所：https://www.riken.jp/press/2021/20210113_3/index.html