概要
　 1960年代に素粒子物理学の分野で導入されたスキルミオンと呼ばれる準粒子が、近年、磁性体中で観測され、注目を集めています。このスキルミオンは、図(a)に示すように磁気モーメントが捻じれてあたかも一つの渦のようになった構造を持ち、全体で一つの粒子のように振る舞います。このスキルミオンを用いた磁気記録素子や論理回路などが考案され、超高密度、低消費電力の磁気デバイスとして注目を集めています。しかしながら、強磁性体中のスキルミオンはスピントルク効果で駆動される際に、軌道が電流印加方向と垂直な方向に曲げられることが知られています(スキルミオンホール効果)。この効果は、スキルミオンを利用した磁気デバイスの実現に向けた大きな障害となっていました。
　本研究では、フェリ磁性合金ガドリニウム・鉄・コバルト（GdFeCo）層にスピントルク効果によりスキルミオンを駆動するためのプラチナ(Pt)層を接合した薄膜を用い、図(b)のように、この薄膜に生成した円形磁区が電流によって拡大する様子を、磁気光学カー顕微鏡を用いて観察しました。その結果、図(c)のように、円形磁区が電流印加方向に対して斜めに拡大していく様子が観測されました。さらに、電流印加方向とスキルミオンの進行方向のなす角(スキルミオンホール角)θの温度依存性を調査したところ、これが角運動量補償温度において0になり、角運動量補償温度を境にその符号が反転することが明らかになりました(図(d))。これらの観測結果によって、スキルミオンホール角がトポロジカル数だけでなく磁化が持つ角運動量にも依存すること、さらに角運動量補償温度においてスキルミオンホール効果が消失することが実証されました。この成果はスキルミオンを用いた次世代の磁気デバイスの開発につながるものであると期待されます。

　

(a) 角運動量補償点近傍におけるスキルミオン電流駆動の概略図。(b) 磁気光学カー顕微鏡を用いた、スキルミオンホール角測定の概略図。パルス電流印加前後における磁区構造の変化を、磁気光学カー顕微鏡を用いて観察することにより、スキルミオンホール角を測定した。(c) 電流印加による磁区拡大の様子。上向き磁区(白)と下向き磁区(黒)で拡大方向が異なる。(d) 各温度における磁区拡大方向の様子。角運動量補償温度近傍(^~283 K)を境に、磁区の拡大方向が変化する様子が確認された。