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(a)パイロクロア格子上のIrが作るall-in all-out (all-out all-in)構造と(b)トルク磁化の概念図
金属絶縁体転移を引き起こすと滨谤のスピンが正四面体に対して全て外向き（あるいは全て内向き）に向いた构造をとる。垂直磁化は磁気トルクを测定することで検出された。
© 2017 Tian Liang.

东京大学物性研究所の中辻知教授らの国际研究グループは、磁场が加わると磁石の性质をもつ物质（磁性体）に生じる磁化（磁石の性质を示すようになる现象）が、磁场と垂直方向に微小に生じていることを検出しました。この微小垂直磁化は金属を絶縁体に変化する要因であるため、メモリや磁気センサへの応用の可能性を秘めています。

磁性体は外から与えた磁场と同じ方向に磁化すると古くから知られてきました。しかし热力学の理论によると、それとは垂直方向にも磁化の発生が想定されます。この「垂直磁化」は非常に小さいためこれまで実験的に観测されることはありませんでした。

国际研究グループは、パイロクロア型イリジウム酸化物（贰耻₂Ir₂O₇；贰耻：ユウロピウム、滨谤：イリジウム、翱：酸素）が、金属から絶縁体へと変化する（金属絶縁体転移）际に磁化がわずかに変化することに着目しました。通常の磁化测定では磁场と平行方向の磁化のみを検出するため、磁场中で磁性体が回転しようとする力（トルク）をカンチレバーを用いて测定することで垂直磁化の検出を试みました。その结果、垂直磁化が金属から絶縁体への変化を遂げる温度以下の温度で急激に増大していることをつきとめました。垂直磁化はイリジウムの磁荷が特殊な空间分布を持っていること（磁気八极子）に由来しており、これが金属絶縁体転移の起源（秩序パラメータ）になっていることがわかりました。

「これまでメモリなどで利用されてきたのは磁石（强磁性体）ですがパイロクロア型イリジウム酸化物は磁石ではないのに同様の性质を持ち、大変注目を集めている物质です。」中辻教授は説明します。「今回の発见によりこの系の输送特性を制御する仕组みが明らかになりました。磁石ではない物质でのスイッチング机构、起电力効果発现机构などの研究を进めていくことで、今后小さな漏れ磁场を活かした高密度の不挥発性メモリや新たな环境発电物质などのデバイス材料物质の开発につながれば良いと思っています」と続けます。

なお、本成果は米国プリンストン大学、米国マサチューセッツ工科大学と共同で得られたものです。また、本研究はJSPS科研費 15H05883（J-Physics:多極子伝導系の物理）、文部科学省委託事業戦略的創造研究推進事業 (JST/CREST) 、研究領域「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」、研究課題「トポロジカルな電子構造を利用した革新的エネルギーハーヴェスティングの基盤技術創製」の支援を受けて行われたものです。

论文情报

Tian Liang, Timothy H. Hsieh, Jun J. Ishikawa, Satoru Nakatsuji, Liang Fu and N. P. Ong, "Orthogonal magnetization and symmetry breaking in pyrochlore iridate Eu₂Ir₂O₇", Nature Physics Online Edition: 2017/02/28 (Japan time), doi:10.1038/nphys4051.
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