ライス大学の研究者たちは、マンガンテルル化物において単一の磁区を独立して抽出する方法を発見し、その磁気構造をより明確に観察できるようにし、この材料における電気効果を制御する新しい方法を提供しました。この研究は、最近認識された磁気の一形態である代替磁性に焦点を当てており、スピンベースのエレクトロニクスに異なる道を提供する可能性があります。研究者たちが代替磁性に興味を持つ理由は、鉄磁性体と反鉄磁性体の有用な特性を組み合わせる可能性があり、より高速で低熱の情報処理を実現できるかもしれないからです。課題は、マンガンテルル化物が通常複数の磁区を形成し、これらの磁区が異なる方向を指向する可能性があるため、信号が重なり合い、材料の内在的な磁気構造を特定することが難しくなることです。
研究者たちは単一の磁区を成功裏に取得し、観察を容易にしました
ライスチームは、単軸ひずみを加えることでこの問題を解決し、マンガンテルル化物を一方向に引き伸ばしました。これにより、材料は単一の磁区状態に強制され、より明確な測定が可能になりました。研究者たちは次のように述べています。「六方マンガンテルル化物のような代替磁体は通常、多磁区構造を形成し、磁力は異なる等価磁区に分かれ、これらの磁区は六方格子の三重回転対称性を満たすために異なる方向に回転します。これらの共存する磁区の信号は重なり合う可能性があり、実際の内部磁気構造を特定することが難しいのです。ここで、私たちは単軸ひずみを加えることができ、最終的には明確に解析できる単一の磁区を得ることができました。
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単一の磁区状態は、研究者たちが材料の異常ホール効果において明確な特徴を観察することを可能にしました。この効果は、電流が材料を通過する際に電圧を生成し、その磁気特性の影響を受けます。約230ケルビン（約-45華氏度）で、研究者たちはひずみがこのホール信号の極性を変えることができることを発見しました。したがって、電気応答は材料の内在的な磁気相互作用を大きく変えることなく切り替えることができます。ライス大学の大学院生で共同第一著者の徐思傑は次のように述べています。「単軸ひずみを加えることで、私たちは最終的にマンガンテルル化物の磁気構造を解析することができました。
これにより、電流が材料を流れる際にその磁気構造によって生成される横方向の電圧を記述する異常ホール信号における顕著な鋭い特徴を観察することができました。」
研究者たちは、この可調性が材料のベリー曲率の変化に起因していると考えています。この特性は、材料の電子構造内で電子が移動する際の挙動を記述します。必要なひずみの規模も非常に重要です。チームの計算によれば、1%のひずみ変化は約150ケルビンに相当する温度変化を生じる可能性があります。温度は通常、磁気特性を調整するために使用されますが、この方法は実際のエレクトロニクスでの応用が難しいです。最終的に機械的ひずみをデバイスに組み込むことができれば、別の制御メカニズムを提供する可能性があります。共同第一著者で研究者の劉兆宇は次のように述べています。「基本的に、私たちはこの単軸ひずみを利用して異常ホール効果を調整し、ある電荷から別の電荷に切り替えることができます。
磁気相互作用が基本的に変わらないため、この効果はひずみによって引き起こされるベリー曲率の変化に起因する可能性があります。」
研究者たちは、この結果をスピントランスファー技術における代替磁性の使用に向けた初期のステップと見なしています。将来的なメモリや高周波電子デバイスを含みます。ダイ教授は次のように述べています。「この研究は、代替磁性を制御し、次世代のスピントランスファーアプリケーションに応用することに一歩近づけました。」この研究は『Physical Review X』ジャーナルに発表されました。