2026年 | プレスリリース?研究成果
反強磁性体で電流による電子の液晶化を実証 ―エレクトロニクス応用可能な電気抵抗変化として世界初観測―
【本学研究者情报】
〇金属材料研究所 教授 酒井英明
【発表のポイント】
- 空间反転対称性?时间反転対称性（注1）のいずれも持たない特殊な反强磁性体（注2）では、电流により电子の动きやすさに偏りが生じる「电子液晶化」に伴う新原理の电気伝导が予想されていましたが、実験的にはこれまで検証されていませんでした。
- ディラック电子（注3）を有する反强磁性体において、抵抗のダイオード的な成分（注4）を磁场中で精密测定することで、世界で初めて、电流による电子液晶（ネマティック（注5））化を电気伝导において検出できました。
- さらに、电流と磁场により反强磁性パターンを制御し、ダイオード的な性质の极性のスイッチングにも成功しました。
【概要】
近年、自発的な磁化を持たない反强磁性体は、耐磁场性などの利点から次世代デバイスへの応用が期待されています。现在の开発の主流は、磁化を持つ强磁性体と同様に时间反転対称性のみが破れた反强磁性体です。一方、空间反転対称性も同时に破れる特殊な反强磁性体では、强磁性体とは全く异なる电子状态となるため、新原理の电気伝导が予言されていましたが、実験的な証拠はこれまで得られていませんでした。
东北大学金属材料研究所の酒井英明教授（研究开始时：大阪大学大学院理学研究科）、宫本雄哉氏（研究当时：大阪大学大学院理学研究科）、日本原子力研究开発机构の木俣基研究副主干（研究开始时：东北大学金属材料研究所）らは、时间?空间反転対称性のいずれも持たない反强磁性体厂谤惭苍叠颈2において、均一な电子の动きやすさ（电子状态）が电流により液晶のように特定の方向へ偏って歪むという新现象を、电気抵抗のダイオード的な成分として初めて検出することに成功しました。さらに、反强磁性パターンを电流と磁场で制御することでダイオード特性の极性反転にも成功しました。このスイッチング可能な现象は、革新的なメモリや整流素子としてエレクトロニクス応用が期待されます。
本成果は、2026年1月7日10:00（英国時間）に科学誌Nature Communicationsにオンライン掲載されました。
なお本成果は、东京大学大学院理学系研究科の渡邉光助教（当时、现：北海道大学工学研究院）、京都大学大学院理学研究科の栁瀬阳一教授、大阪大学大学院理学研究科の越智正之准教授、近藤雅起大学院生（当时、现：东京大学物性研究所）、村川寛助教、花咲徳亮教授との共同研究によるものです。
図1. (a) PT対称磁性体の電子状態（フェルミ面）の概念図。電流印加によりフェルミ面がシフトし、系全体で面内方向に歪んだ電子ネマティック液晶状態が実現する。(b) SrMnBi2の結晶構造の模式図（左）。四面体に囲まれたMnサイトがPT対称反強磁性秩序を示す。二次元Bi層のディラック电子が形成する電子ポケットの概念図（右）。層間方向の電流により、面内で等方的な4回対称から異方的な2回対称（ネマティック状態）となる。
【用语解説】
注1. 空间反転対称性?时间反転対称性
空间反転対称性とは、上下?左右を反転させても结晶构造や磁気的性质が変わらない対称性のこと。时间反転対称性とは、时间の流れを反転させても磁気的性质が変わらない対称性のこと。磁化は涡电流が作る「磁场」とみなせるため、时间反転操作によりその向きが反転する。このため、自発磁化をもつ强磁性体では、时间反転対称性が破れる。
注2. 反強磁性体
隣り合う磁性元素のスピンが互いに逆向きに秩序しており、自発磁化を持たない磁性体のこと。时间反転操作により个々のスピンの向きが反転しても、全体として打ち消し合う様子は変わらないため、通常は时间反転対称性が保存される。
注3. ディラック电子
特殊な结晶构造をもつ物质において、相対论的なディラック方程式により运动が记述される电子（伝导キャリア）のこと。このような电子は、通常の金属や半导体での伝导キャリアと比べて桁违いに高い易动度を示すなど、优れた电気伝导性を有する。
注4. 抵抗のダイオード的な成分
通常、オームの法则により电圧は电流に比例し、その比例係数である抵抗は电流の向きを変えても不変である。しかし、电流による状态変化が无视できない物质では、电圧が电流の一次だけでなく、二次に比例する非线形成分を持つようになる。この非线形成分に由来する抵抗は、电流の向きを変えると符号反転するため、ダイオードと同等の特性となる。
注5. ネマティック
空間的な位置秩序は持たずに、一方向に配向秩序を持つ状態のこと。ネマティック液晶では、異方的な分子がランダムに分布しつつ、分子の方向がそろっている。今回のディラック电子は、位置秩序のない金属のまま、電流により一方向に電子ポケットが歪んでいる。
【论文情报】
タイトル：Transport evidence of current-induced nematic Dirac valleys in a parity-time-symmetric antiferromagnet
著者： H. Sakai*, Y. Miyamoto, M. Kimata, H. Watanabe, Y. Yanase, M. Ochi, M. Kondo, H. Murakawa, N. Hanasaki
*责任着者：东北大学金属材料研究所 教授 酒井英明
掲載誌：Nature Communications
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（研究に関すること）
東北大学 金属材料研究所
教授 酒井 英明
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（报道に関すること）
東北大学 金属材料研究所
情报企画室広报班
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