東大ら,トポロジカル数が多段階に変化する現象を発見

東京大学と北海道大学は、磁性金属中において,トポロジカル数が2の新しい磁気スキルミオン結晶が現れ,磁場に応じてトポロジカル数が多段階に変化する現象を理論的に発見した(ニュースリリース)。

物質中の電子スピンが作るミクロな磁気渦の一種である磁気スキルミオンは,そのトポロジカルな性質に守られた堅牢さや,磁場・電場に対する応答の多様性などから,新しい磁気デバイスへの応用が期待されている。

これまで,磁場中で安定なトポロジカル数1の磁気スキルミオンが精力的に調べられてきたが,応用の可能性を広げる上で,新しいタイプの磁気スキルミオンの開拓が望まれていた。

研究グループは,磁性金属に対する理論モデルの性質を大規模数値シミュレーションによって調べることで,これまで知られていなかったトポロジカル数が2の磁気スキルミオンが,磁場のない状態でも安定に存在することを見出した。

さらに,従来より高いトポロジカル数を反映して,磁場によるトポロジーの多段スイッチングが可能なことも明らかにした。

この研究の結果は,微小磁場による多値メモリ動作といった新しい応用へ向けた学理の確立につながることが期待できるという。

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