小野 輝男教授ら「ミクロな磁気円盤におけるスピン状態の対称性の破れを発見」(2012年8月1日「Nature Communications」誌にオンライン公開)

平成24年8月 トピックス

小野 輝男教授ら
（材料機能化学研究系 ナノスピントロニクス研究領域）

この研究成果は、英国科学誌Nature Communications誌に2012年8月1日にオンライン公開されました。

材料機能化学研究系 ナノスピントロニクス研究領域の小野輝男教授、元大学院生の山田啓介さん（現パリ南大学研究員）、物質材料研究機構の葛西伸哉主任研究員、電気通信大学の仲谷栄伸教授、佐藤知徳さん、ローレンスバークレイ研究所のPeter Fischer博士、Mi-Young Im博士からなる研究チームは、ミクロな磁気円盤におけるスピン状態の対称性の破れを見出しました。
　直径が数マイクロメートル程度の磁気円盤を作ると、磁化が円盤面に沿う磁気渦構造ができます（図1(a)）。この磁気渦の中心には、コアと呼ばれる磁化の向きが円盤に垂直方向に立ち上がる領域が存在します（図1(a)）。したがって、渦の回転方向とコアの向きの組み合わせによって4通り磁気渦状態があります（図1(a)-(d)）。これら4つの状態は同じエネルギーを持ち、同確率で現れると期待されていました。

図１　磁気渦の概念図。渦の回転方向（時計回り・反時計回り）とコアの向き（上・下）の組み合わせによって磁気渦は(a)-(d)の4つの状態をとりえる。
　今回、ローレンスバークレイ研究所のX線顕微鏡を用いて磁気渦状態を詳しく調べたところ、上述の4つの状態は独立ではなく、渦の回転方向とコアの向きの間に相関があることが分かりました。この磁気円盤におけるスピン状態の対称性の破れは、ジャロシンスキー・守谷相互作用を仮定することで説明可能であることが、マイクロマグネティクス計算によりわかりました。

図２　X線顕微鏡による磁気渦構造の観察例。(a)磁気渦の面内成分測定：黒コントラストが右向き磁化成分、白コントラストが左向き磁化成分を表し、これらから磁気渦の回転方向が決定できる。(b) 磁気渦の面直成分測定：各磁気円盤中心の白黒のコントラストがコアの上向き・下向きに対応している。(c)測定(a)および(b)から決定された磁気渦のスピン構造。

本研究の一部は、科研費基盤研究(Ｓ)「新規スピンダイナミクスデバイスの研究」、および京都大学化学研究所共同利用・共同研究課題によって支援されました。

日刊工業新聞（8月1日 17面）に掲載されました。