東京大學發現新一代反鐵磁性存儲材料

日本東京大學近日宣布，發現了一種顯示出*的巨大自發性反常霍爾效應的反鐵磁性物質。有望以此開發出能以很小的電流產生巨大的電動勢、抑制發熱的新一代反鐵磁性存儲材料。

 

研究小組2015年于全球*發現了自發性地顯示出巨大反常霍爾效應的反鐵磁性物質“Mn3Sn”。此次，通過對相關物質進行一系列的探索，發現把Sn換成Ge的錳鍺化合物“Mn3Ge”在5K低溫下顯示出400Ω-1cm-1的霍爾傳導率，這是Mn3Sn顯示出的*大值的4倍以上。

 

Mn3Ge具有被稱作“Kagome格子”的晶體構造，錳原子及其自旋原子配置在等邊三角形的頂點位置。此時，如果相鄰的自旋電子指向相反方向、效果相互抵消的力（反鐵磁相互作用）發揮作用，三角形的三個頂點之間就會在力量上勢均力敵，*后會以相互傾斜120度的狀態穩定下來。

 

研究發現，從外部對這種狀態施加磁場時，每個錳元素發生了數毫μB的磁化。雖然這種磁化非常小，只有普通鐵磁體的千分之一左右，但在幾百高斯的較小磁場作用下發生了反磁化，霍爾電壓符號也隨之發生反轉。研究小組此次還發現，Mn3Ge的這種自發性反常霍爾效應可在-270℃至其尼爾點（反鐵磁性轉變為順磁性的溫度），也就是120℃之間的廣泛溫度范圍內出現。

 

以往的鐵磁性體材料存儲元件會受到漏磁場的影響，如果使用反鐵磁性體，可使自旋電子一致朝著相反方向，自旋電子總體上幾乎不會產生漏磁場，因此可以實現高集成化。而且，反鐵磁性體一般還能顯示出速度比鐵磁性體快3位數以上的工作性能。另外，還能以比較簡單的方法進行物質合成，用克拉克值高、廉價且沒有毒性的元素構成，因此是一種具備出色特性的實用材料。今后，以實用化為目標的研發有望取得進展。

 

此次的研究成果預定于2016年6月9日刊登在美國科學期刊《Physical Review Applied》網絡版上。

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