東京科学大が「冷やすほど強まる磁石のダイオード効果」を理論的に予言

ニュース紹介

「冷やすほど強くなる磁石のダイオード効果～量子ゆらぎと「近藤効果」が生む新現象を理論的に予言～」

東京科学大学理学院物理学系の石塚大晃准教授らの研究グループは、らせん状の磁気構造をもつカイラル磁性体において、電流の流れやすさが向きによって変わる「非相反電流（ダイオード効果）」が、温度を下げるほど強まる「対数温度依存性」を示すことを理論的に発見しました。成果は科学技術振興機構（JST）との共同で2026年7月17日に発表されました。

研究では、この現象の微視的なメカニズムが、磁気モーメントの量子ゆらぎによる「近藤効果」であることを解明しました。磁気モーメントの量子ゆらぎを考慮した計算手法を新たに構築して導いた理論研究で、量子効果を用いた磁気デバイスの基礎理論として、スピントロニクスへの応用が期待されるとしています。論文は米国物理学会誌「Physical Review Letters」に2026年7月15日付で掲載されました。

出典：科学技術振興機構（JST） 2026年7月17日プレスリリース
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260717/index.html

FrontJournalの解説

「磁石のダイオード効果」とは

ダイオードは、電流を一方向にだけ流しやすくする電子部品で、私たちの身のまわりの電化製品に欠かせません。近年は、特殊な磁石（磁性体）の中でも、電流の流れやすさが向きによって変わる現象が見つかっており、「非相反電流」と呼ばれています。今回の研究は、らせん状の磁気構造をもつカイラル磁性体で、この効果が温度によってどう変わるかを理論的に調べたものです。

①「冷やすほど強くなる」という発見

通常、物質の性質は温度を下げると穏やかになっていくことが多いのですが、今回の理論では逆に、温度を下げるほどダイオード効果が強まるという振る舞い（対数温度依存性）が示されました。その裏側にあるのが「近藤効果」です。近藤効果は、金属の中の磁気を帯びた原子と、まわりの電子が絡み合うことで低温で顕著になる現象で、日本の研究者が名を残す物理学の古典的テーマでもあります。

②スピントロニクスへの応用が期待される理由

電子の「スピン」（磁石としての性質）を使って情報を扱う技術はスピントロニクスと呼ばれ、省エネルギーな記憶素子やセンサーへの応用が世界的に研究されています。電流の向きによる違いを低温で強く引き出せるなら、量子効果を活かした磁気デバイスを設計する際の指針になります。今回は理論的な予言の段階であり、実験による検証が次の課題となります。

編集部からひとこと

「冷やすほど強くなる」という直感に反する振る舞いを、量子ゆらぎと近藤効果という古くから知られた物理から説明した点に、この研究の面白さがあります。すぐに製品になる成果ではありませんが、理論が先に現象を予言し、実験がそれを確かめるという物理学の王道を進む研究です。国内の研究グループによる理論的な予言が、今後どのように実験で確かめられていくか、注目されます。