/

東大・理研・東北大・JST、物質のトポロジーに由来した巨大磁気光学効果の発見

発表日:2020年9月15日

物質のトポロジーに由来した巨大磁気光学効果の発見

1.発表者:

岡村 嘉大(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 助教)

見波 将(研究当時:金沢大学ナノマテリアル研究所 博士後期課程大学院生/現在:東京大学大学院理学系研究科 物理学専攻 特任研究員)

加藤 喜大(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 修士課程2年)

藤代 有絵子(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 博士課程3年)

金子 良夫(理化学研究所創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ 上級技師)

池田 絢哉(東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 修士課程2年)

村本 丈(研究当時:東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 修士課程2年)

金子 竜馬(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 博士課程3年)

上田 健太郎(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 助教)

V.Kocsis(研究当時:理化学研究所創発物性科学研究センター 強相関物質研究グループ特別研究員)

金澤 直也(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 講師)

田口 康二郎(理化学研究所創発物性科学研究センター 強相関物質研究グループ グループディレクター)

是常 隆(東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 准教授)

藤原 宏平(東北大学金属材料研究所 低温物理学研究部門 准教授)

塚崎 敦(東北大学金属材料研究所 低温物理学研究部門 教授)

有田 亮太郎(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授/理化学研究所創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム チームリーダー)

十倉 好紀(理化学研究所創発物性科学研究センター センター長/東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授/東京大学 卓越教授)

高橋 陽太郎(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 准教授/理化学研究所創発物性科学研究センター 創発分光学研究ユニットユニットリーダー)

2.発表のポイント:

◆磁性ワイル半金属(注1)と呼ばれる特殊な磁性体において巨大な磁気光学効果を発見しました。

◆観測した磁気光学効果は物質のトポロジカルな性質を反映しており、これまでにない発現機構のものと言えます。

◆テラヘルツ・赤外領域における革新的な光学デバイスの開発の進展が期待できます。

3.発表概要:

東京大学大学院工学系研究科の岡村嘉大助教、高橋陽太郎准教授、理化学研究所の十倉好紀センター長、東北大学金属材料研究所の藤原宏平准教授、塚崎敦教授らの研究グループは、磁性ワイル半金属と呼ばれる近年新たに見つかった磁性体において、巨大な磁気光学応答の実証に成功しました。トポロジカル物質と呼ばれる一連の物質群では、特殊な電子構造に由来した新奇な電磁気応答が理論的に予測されており、次世代エレクトロニクス・フォトニクスへの応用展開が期待されています。例えば、こうした物質群においては、電子はあたかも非常に大きな磁場がかかっているかのように振る舞い、巨大な異常ホール効果(注2)に代表される非自明な伝導現象が報告されています。その一方で、光学応答についても物質のトポロジーに由来した新たな現象の存在が期待されていました。

今回、岡村嘉大助教らは、強磁性でなおかつトポロジカル物質であるCo3Sn2S2において、トポロジカルな電子構造に関連した磁気光学応答の探索を行いました。テラヘルツから赤外の広い光学領域(注3)において、高精度に磁気光学ファラデー・カー効果を測定した結果、この物質の磁気光学効果が、これまで観測されてきた通常の磁性体と比べてはるかに大きいことがわかりました。さらに、光学ホール伝導度スペクトルと第一原理計算(注4)との比較を行うことで、観測した光学応答がまさにトポロジカルな電子構造に由来していることを明らかにしました。

今回得られた成果は、トポロジカル物質が一般的に大きな磁気光学効果を示すことを示唆しています。今後、トポロジカル物質を利用した新しい光デバイスの開発へとつながっていくことが期待されます。

本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Communications」に英国時間9月15日に掲載されます。

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「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(研究代表者:川崎雅司)」(No.JPMJCR16F1)、「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)」(No.JPMJCR1874)、「トポロジカル機能界面の創出(研究代表者:塚崎敦)」(No.JPMJCR18T2)の支援を受けて行われました。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0540315_01.pdf

すべての記事が読み放題
有料会員が初回1カ月無料

産業で絞り込む
  • すべて
  • 情報・通信
  • メディア
  • 電機
  • 金融・保険
  • 自動車
  • 輸送・レジャー
  • 食品
  • 流通・外食
  • 日用品
  • 医薬・医療
  • 建設・不動産
  • 機械
  • 素材・エネルギー
  • 商社・サービス
  • すべて
  • 情報・通信
  • メディア
  • 電機
  • 金融・保険
  • 自動車
  • 輸送・レジャー
  • 食品
  • 流通・外食
  • 日用品
  • 医薬・医療
  • 建設・不動産
  • 機械
  • 素材・エネルギー
  • 商社・サービス

セレクション

新着

注目

ビジネス

ライフスタイル

新着

注目

ビジネス

ライフスタイル

新着

注目

ビジネス

ライフスタイル

フォローする
有料会員の方のみご利用になれます。気になる連載・コラム・キーワードをフォローすると、「Myニュース」でまとめよみができます。
新規会員登録ログイン
記事を保存する
有料会員の方のみご利用になれます。保存した記事はスマホやタブレットでもご覧いただけます。
新規会員登録ログイン
Think! の投稿を読む
記事と併せて、エキスパート(専門家)のひとこと解説や分析を読むことができます。会員の方のみご利用になれます。
新規会員登録 (無料)ログイン
図表を保存する
有料会員の方のみご利用になれます。保存した図表はスマホやタブレットでもご覧いただけます。
新規会員登録ログイン