【プレスリリース】質量ゼロのディラック電子の流れを制御できる新しい磁石を発見－超高速スピントロニクス応用への新機軸－ - 日本の研究.com
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発表のポイント：

•質量のないディラック電子（注 1）を有した、電気伝導性を磁場で大幅に制御できる新しい磁石（磁性体）を発見しました。
•磁石の性質を変化させ、ディラック電子層間の電気抵抗（二次元的な閉じ込め度合い）を 10倍以上増強させることにより、三次元のバルク固体（多積層物質）中にもかかわらず、二次元的電子状態に起因する半整数量子ホール効果（注 2）を実証しました。（図 1）
•本研究結果は、ディラック電子の磁気的制御法を確立するための重要な指針を与えるものであり、今後は従来にない超高速スピントロニクス素子を使用した超高速かつ省エネ動作が可能な磁気デバイス（ハードディスクのヘッドや磁気抵抗メモリ MRAM など）等への応用が期待されます。


発表概要：

　固体中の電子の運動が質量のない粒子として記述できるディラック電子系物質は、黒鉛の単原子層（グラフェン）を筆頭に、極めて高い移動度を持つため、次世代エレクトロニクスへの応用が期待されています。

　今回、大阪大学大学院理学研究科 酒井英明准教授（研究開始時：東京大学大学院工学系研究科助教）、
東京大学大学院工学系研究科 石渡晋太郎准教授（JST さきがけ研究者兼任）、同研究科 増田英俊大学院生らの研究グループは、ディラック電子を有するビスマス（原子番号 83 の元素）の二次元層とユーロピウム（原子番号 63 の元素）等からなる磁性ブロック層が積層した磁性体の合成（図 1）に成功し、東京大学物性研究所 徳永将史准教授、東京大学大学院工学系研究科 山崎裕一特任講師（理化学研究所創発物性科学研究センター ユニットリーダ兼任）、東北大学金属材料研究所 塚﨑敦教授らと共同で、ディラック電子の超高速伝導が磁気状態に依存して劇的に変化することを発見しました。
さらにこの効果を利用して、ディラック電子を電気伝導層であるビスマス層（二次元層）内に強く閉じ込めることにより、ディラック電子層が積層したバルクの磁性体において初めて、ホール抵抗値が離散的となる半整数量子ホール効果を実現しました。

　本研究成果は、ディラック電子の強相関量子伝導現象という新規学術分野の開拓だけでなく、
超高速で省エネルギーなエレクトロニクスへの基礎となる超高速スピントロニクス実現に向けた新機軸になると期待されます。

　本研究成果は、Science Advances 誌（日本時間 1 月 30 日午前 4 時）に掲載されます。

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