三次元磁気スキルミオンひもの非相反性を観測 ～省エネ?創エネデバイス実現への新発見～

三次元磁気スキルミオンひもの非相反性を観測～省エネ?創エネデバイス実現への新発見～

2025年9月29日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　助教　土肥昂尭

【発表のポイント】

磁気スキルミオンと呼ばれるナノスケールで実现する磁気涡は、室温でも高い安定性を有し、またその电気的制御の容易性から革新的省エネ?创エネデバイスへの応用に向けた研究が进められています。
叁次元的な磁気プロファイルを有する磁気スキルミオンひもにおいて、电流诱起ダイナミクスが非相反性^[^注^1]を示すことを世界で初めて観测しました。また、膜面直方向の磁気涡の捩れ方（ヘリシティ）が非相反性に强く影响することを明らかにし、かつそれを制御する方法を确立しました。
磁気スキルミオンの非相反运动を用いた新たな创エネデバイスの実现に向け、重要な知见となる成果です。

【概要】

ナノメートルスケールにおいて极めて高い安定性を持つと期待されるトポロジカル磁気构造の応用へ向けた研究が进められています。特に近年、二次元的（2顿）トポロジカル磁気构造の一种である磁気スキルミオンを膜面直方向に拡张したひものような叁次元的（3顿）トポロジカル磁気构造が高い安定性や非线形的な励起が期待できることから注目を集めています。しかしながら、そのような叁次元的な构造に特有の电流诱起ダイナミクスは、これまで明らかにされていませんでした。

今回、独マインツ大学ヨハネスグーテンベルグ校及び东北大学からなる研究チームは、3顿磁気スキルミオンひも（図1）の电流诱起ダイナミクスが印加する电流の极性によって异なる振る舞いを示す、非相反性と呼ばれる性质を示すことを世界で初めて発见しました。さらに、その非相反性は、磁気スキルミオンの膜面垂直方向の磁気涡の巻かれ方（ヘリシティ）によって制御できることを実証しました。

3顿磁気スキルミオンひもの非相反运动を用いる新たな省エネ?创エネデバイスの実现に向けた研究开発が进展することが期待されます。

本研究成果は、2025年9月26日（英国時間）に出版された科学誌Nature Communicationsに掲載されました。

図1．人工反强磁性多层膜に形成された反强磁性结合したスキルミオンひも。ヘリシティ（磁気涡のねじれ方）という内部自由度を巧みに利用することで、通常の磁気スキルミオンとは、质的に异なるダイナミクスが期待できる。

【用语解説】

注１.非相反性
「行き」と「戻り」で同じ动きをしない性质。典型的な例である半导体ダイオードは、电流を一方向には通すが、逆向きにはほとんど流さない。でこぼこの坂道にボールを置くと、右には転がるが左には戻りにくいラチェット运动も非相反性の例である。工学的には、この非相反性を巧みに利用することで、整流作用に基づく信号の制御やエネルギー変换などに応用される。现代テクノロジーを支える重要な原理の一つ。

【论文情报】

タイトル："Observation of a non-reciprocal skyrmion Hall effect of hybrid chiral skyrmion tubes in synthetic antiferromagnetic multilayers" （人工反強磁性多層膜におけるハイブリッドカイラルスキルミオンひもの非相反スキルミオンHall効果の観測）
著者： Takaaki Dohi*, **, Mona Bhukta*, Fabian Kammerbauer*, Venkata Krishna Bharadwaj, Ricardo Zarzuela**, Aakanksha Sud, Maria-Andromachi Syskaki, Duc Minh Tran, Sebastian Wintz, Markus Weigand, Simone Finizio, J?rg Raabe, Robert Fr?mter, Jairo Sinova, and Mathias Kl?ui**
*：共同筆頭著者 **：責任著者
东北大学电気通信研究所　助教　土肥昂尭
掲載誌：Nature Communications
DOI:

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