フェリ磁性絶縁体を用いた異常ホール効果で二段階符号反転を観測

～GGG基板上のTmIG/Ptで初観測、超高速・省エネなメモリー素子の設計指針に～

2026（令和8）年9月1日
九州大学
科学技術振興機構（JST）

発表のポイント

2種類の磁気モーメントが共存するフェリ磁性体は、磁化が打ち消し合う「補償点（磁気補償点）」の近くで、熱安定性の向上および漏れ磁場がゼロとなることが知られています。このうち、ツリウム鉄ガーネット（TmIG）では、補償点を見いだす原理の解明が望まれていました。
本研究では、TmIG薄膜と白金（Pt）を重ねたTmIG/Pt二層構造で異常ホール効果の符号が温度によって2度反転することを、ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）基板上で初めて観測しました。
今後、超高速・省エネなスピントロニクス応用に向けた材料設計の指針となることが期待されます。

新たなスピントロニクス材料として「フェリ磁性絶縁体」が注目されています。フェリ磁性体は2種類の磁化成分が互いに打ち消し合う補償点を持つことがあります。電流制御可能なフェリ磁性絶縁体材料であるツリウム鉄ガーネット（TmIG）では、2種類の磁化成分の結び付きが弱いにもかかわらず、薄膜に格子ひずみを加えることで磁気補償に似た現象が現れることが特殊な基板を用いて発見されたため、より一般的な基板上でこれを実現する方法が模索されていました。
九州大学 大学院システム情報科学研究院の山下 尚人 准教授らとスウェーデン・チャルマース工科大学の研究グループは、スパッタリング法を用いてTmIGを薄膜化することにより、この現象の観測に成功しました。ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）基板の上にTmIG薄膜と白金（Pt）を重ねた試料を作製しました。温度を変えて異常ホール効果を測定したところ、異常ホール効果による信号の向きが2度反転しました。ある温度では磁化は室温の100万分の3程度と見積もられ、補償点に近い状態を捉えたといえます。また、今回の試料では格子ひずみが先行研究の約3分の1に抑制されており、観測された現象は格子ひずみだけでは説明できない結果です。
本研究成果は、2026年9月1日（現地時間）付で、科学誌「APL Materials」に掲載されました。
本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 ACT-X（JPMJAX23KJ）、JST 先端国際共同研究推進事業（ASPIRE）（JPMJAP2321）、JSPS 科研費（JP22KK0056、JP26K17760）、日本板硝子材料工学助成会、イオン工学振興財団、R1 TECHNOLOGIES LLCの支援を受けたものです。また、スウェーデン側の研究は、Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability（WISE、Knut and Alice Wallenberg Foundation）およびスウェーデン研究会議（VR、No. 2021-04821）の支援を受けました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（1.24MB）

＜論文タイトル＞

“Observation of double anomalous Hall polarity reversals with temperature in an ultrathin ferrimagnetic insulator”

DOI：10.1063/5.0328123

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