微小な磁石をジグザグに並べ電気の流れを制御：外部磁場なしに非相反伝導が出現

日本原子力研究開発機構と東京大学、東北大学および、富山県立大学の研究グループは、微小な磁石（電子のスピン）がジグザグに並んだ金属で、電気の流れを制御することに成功した。「非相反伝導」と呼ばれるこの現象は、外部磁場をかけるこれまでの方式に比べて、その効果が1000倍以上も大きいことを確認した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

非相反伝導の効果は、外部磁場をかける従来方式に比べ1000倍以上

　日本原子力研究開発機構と東京大学、東北大学および、富山県立大学の研究グループは2026年1月、微小な磁石（電子のスピン）がジグザグに並んだ金属で、ダイオードのように電気の流れを制御することに成功したと発表した。「非相反伝導」と呼ばれるこの現象は、外部磁場をかけるこれまでの方式に比べて、その効果が1000倍以上も大きいことを確認した。発見した原理を使うと物質の磁気的な性質をより手軽に調べられることから、省エネルギーで超小型の電子部品や新たな機能材料の開発に役立つことが期待できるという。

　研究グループは今回、電子のスピンがジグザグに並ぶ構造の金属「NdRu₂Al₁₀（ネオジム−ルテニウム−アルミニウム）」に着目した。この物質は室温だと、電子のスピンの向きがバラバラだ。ところが、温度を下げるとスピンは交互に反対向きに整列するという性質（反強磁性）を示す。

　こうしたジグザグの磁気配列によって、物質内部に磁場が自然に生じる。このため、外部から磁場を加えなくても非相反伝導を観測できたという。しかもこの効果は、物質に外部磁場を加える従来の方式よりも格段に強くなることを確認した。

　実験では、NdRu₂Al₁₀結晶の微小領域において、電気の流れ方を測定するためサンプル品を試作した。これによって、スピンの向き（上下）の並び順が切り替わる領域があることを確認。さらに、その領域では電気の流れやすい方向が反転することも判明した。

左は物質の非相反伝導を比較、右は作製した微小サンプルの電子顕微鏡像とスピン配列によって生じる非相反伝導の模式図［クリックで拡大］ 出所：東京大学他

　実験に用いた今回の物質は、機能を発現させるために低温環境が必要となる。研究グループは今後、より高い温度で機能し、より大きな効果が得られる物資の探索を進めていくことにしている。

　今回の研究成果は、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センター強相関アクチノイド科学研究グループの木俣基研究副主幹と東京大学物性研究所の須藤健太特任研究員、東北大学金属材料研究所の赤木暢助教（現在は神戸大学研究基盤センター）および、富山県立大学工学部教養教育センターの谷田博司准教授、柳有起准教授らによるものだ。