機能性量子物質の開発を進めています。現在注目している物質群の一つが、トポロジカル半金属と呼ばれる系で、超高移動度の伝導電子を内包するため、既存の半導体材料を凌駕する高速・省エネ電子材料となることが期待されています。このようなトポロジカル半金属としての性質を有する磁性体を発見することができれば、新規スピントロニクス材料の開発へ繋がる可能性がありますが、そのような研究例は非常に限られていました。-EuP3の高圧合成および単結晶育成に成功しました。磁場下における様々な物性測定と第一原理計算を行うことで、この物質が結晶構造が有する鏡映対称面に対する磁場方位に依存して、異なる性質を示す複数のトポロジカル半金属相を生じる系であることを明らかにしました。近年、グラフェンに代表されるトポロジカル半金属と呼ばれる物質群が注目されており、これらは質量のないニュートリノとよく似た振る舞いを示す風変わりな電子集団を内包します。この電子集団を磁場で生成・制御することができれば、新たなスピントロニクスや超省エネ電子デバイスへの応用に繋がる可能性があります。トポロジカル量子相と磁性の関係は単純ではないため、その実現は困難でした。-EuP3の単結晶を数万気圧の高圧下で育成することに成功し、ユーロピウムの大きな磁気モーメントの方向を磁場制御することによって、巨大異常ホール効果を示すノーダルライン半金属相と負磁気抵抗効果を示すワイル半金属相を選択的に生成することに成功しました。-EuP3で見いだされた磁場によるトポロジカル量子相の選択的生成は、磁場制御可能なユーロピウムの磁性とリン層の伝導性電子が微妙に結合しているということと、バンド構造の非自明なトポロジーが系の鏡映対称性によって保護されているという二つの特徴をこの系が有していることに由来すると結論付けられました。-EuP3の結晶構造(左上)と単結晶(右上)。磁場によるトポロジカル量子相の選択的生成(下)。本研究は、磁場による非自明なバンドトポロジーの生成と操作のための現実的な解決策を提案するものであり、超省エネ・高速電子デバイスなどの新たな情報技術への応用につながる材料の開発が加速するものと期待されます。研究シーズ集2023(未来社会共創を目指す)より抜粋したものです。この研究への取組にご関心のある方は、こちらからお問い合わせください。未来基金」ゆめ基金事業のひとつとして支援を受けています。