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2024年1月23日
东京大学

発表のポイント

• スピネル化合物惭苍厂肠₂S₄の反强磁性スキルミオン相において、その复雑な磁気构造に由来する「创発非可换ゲージ场」からマグノン热ホール効果(热流が磁场によって曲げられる现象)が现れることを理论と実験の両面から明らかにしました。
• これまで热ホール効果の主要因は、通常の磁场と同じ性质を持つ创発型の鲍(1)ゲージ场と考えられていました。今回、新たな厂鲍(3)と呼ばれる创発ゲージ场が、非可换性という量子力学的な性质を示して络み合うことによって磁気的なキャリアの轨道を曲げる机构を明らかにしました。
• これまで热ホール効果が现れないと考えられていた多くの物质群においても新たな机构のもとで热ホール効果が実现する可能性を指摘し、物质科学における磁気构造のトポロジー効果の解明や磁性を用いた热流の制御の実现にもつながると期待されます。

発表概要

　东京大学物性研究所の武田晃助教、山下穣准教授、Technical University of Munichの川野雅敬研究員（研究当時：东京大学大学院総合文化研究科）、东京大学大学院総合文化研究科の堀田知佐教授らの研究グループは、京都大学大学院工学研究科、大阪大学大学院理学研究科の研究グループと共同で、スピネル化合物絶縁体MnSc₂S₄の反强磁性スキルミオン相（注1）におけるマグノン热ホール効果（注2，3）の観测に初めて成功し、その起源が创発非可换厂鲍(3)ゲージ场（注4）と呼ばれるこれまで直接観测されたことのない创発磁场（注5）であることを明らかにしました。

　本研究成果は、従来の研究で考虑されていなかった物质においてもマグノン热ホール効果が実现する可能性を示唆しています。热を运ぶ磁気的なキャリアを制御する新たな机构の一端を明らかにしたことによって、今后の热输送の研究の発展や物性の开拓につながることが期待されます。

　本研究成果は、2024年1月23日（英国時間）に英国科学雑誌「Nature Communications」オンライン版に掲載されました。

発表详细

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用语説明

（注1）强磁性?反强磁性スキルミオン构造、スキルミオン相
强磁性?反强磁性スキルミオンが周期的に配列した构造、およびそのような构造が実现する物质相のこと。スキルミオンとはスピンが涡状に配列した构造です。强磁性スキルミオンではスピンの向きが空间的に缓やかに変化しています。一方で反强磁性スキルミオンでは、局所的にはスピンはなるべく反対方向を向くように配列します（反强磁性秩序）。もとの格子を副格子と呼ばれるグループに分けると、各副格子上では强磁性スキルミオンが実现しています。

（注2）マグノン
磁性体中のスピン（ミクロな磁石）のゆらぎを表す仮想的な量子力学的粒子。マグノンは絶縁体中を伝搬することができ、热やスピンを运びます。

（注3）热ホール効果
温度勾配と垂直方向に流れる热流。热流の曲がり具合を表します。

（注4）可换?非可换ゲージ场
ここでは创発磁场を表すポテンシャルを指します。可换ゲージ场は复素数で表されます。そのため2つのゲージ场同士は交换しても値が変わりません。鲍(1)ゲージ场は可换ゲージ场です。一方で非可换ゲージ场は行列で表されます。行列は一般に交换すると値が変わるため非可换と呼ばれています。厂鲍(3)ゲージ场は3虫3の行列で表される非可换ゲージ场です。

（注5）创発磁场
物质内にあるスピン间相互作用や磁気构造から生じる仮想的な磁场。マグノンは电荷をもたないため外部磁场由来のローレンツ力を受けませんが、仮想磁场由来の力は受けます。