九州大学ら、フェリ磁性膜で異常ホール効果の二段階符号反転を観測

ニュース紹介

「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～」

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と、スウェーデンのチャルマース工科大学の研究グループは、ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）基板の上にツリウム鉄ガーネット（TmIG）の薄膜と白金（Pt）を重ねた試料で、異常ホール効果による信号の向きが二度反転することを初めて観測したと発表しました。

TmIGでは、全体の磁化が打ち消し合ってほぼゼロになる補償点を見いだす原理の解明が望まれており、より一般的な基板の上で実現する方法が模索されていました。

研究グループはスパッタリング法でTmIGを薄膜にし、温度を変えながら異常ホール効果を測定しました。ある温度では磁化が室温の100万分の3程度になり、格子ひずみは先行研究の約3分の1に抑えられていました。本成果は2026年9月1日付で科学誌『APL Materials』に掲載されました。

出典：科学技術振興機構（JST） 2026年9月1日プレスリリース
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260901/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

スピントロニクスは、電子の持つ磁石のような性質（スピン）を情報の担い手として使う技術です。電気を流し続けなくても情報を保てるため、省エネの記憶素子として研究が進んでいます。

その候補材料がフェリ磁性体で、向きの違う磁気が互いに打ち消し合う構造を持ちます。打ち消し合いがちょうど釣り合う温度は補償点と呼ばれ、この付近では磁化の向きを非常に速く切り替えられると考えられています。

①補償点が生まれる原理が分かっていなかった

ツリウム鉄ガーネット（TmIG）は有力な材料ですが、どのような条件で補償点が現れるのかという原理の解明が望まれていました。

また、これまでの報告は特定の基板に頼るものが多く、より一般的な基板の上で同じ性質を出す方法が模索されていました。基板が変わると膜に加わる格子ひずみも変わるため、性質がそろわないという課題があります。

②信号の向きが二度入れ替わることを確認

研究グループは、広く使われているGGG基板の上にTmIGの薄膜と白金を重ね、温度を変えながら異常ホール効果を測りました。

その結果、信号の向きが二度反転することを初めて観測しました。ある温度では磁化が室温の100万分の3程度まで小さくなり、膜に加わる格子ひずみも先行研究の約3分の1に抑えられていました。