らせん状のキラル分子は熱によって磁化が大きくなる磁石だった、理研などが確認

巨大磁気抵抗効果では、磁化が平行配置か反平行配置かで試料の電気抵抗が変化する。先行研究で示唆されているように、キラル分子が磁石のように働くのであれば、強磁性体の代わりに、キラル分子を用いた多層膜(キラル分子/強磁性金属二層膜)においても、磁気抵抗効果の発現が期待されるとする。

また、このデバイスの電気抵抗測定に用いられた電流は電気抵抗の低い強磁性金属層だけに流れるため、キラル分子には電流が流れていない状態での磁気抵抗効果を評価できるという。

実験では、強磁性金属(ニッケル(Ni))/(P,M)-キラル分子の二層膜構造が作製され、室温で電気抵抗の磁場強度依存性が詳細に調査された(PとMは分子キラリティを表している)。(P)-キラル分子をNi上に成膜した試料では、磁場が正の場合に電気抵抗が減少し、負の場合に電気抵抗が増大することが確認された。一方、(M)-キラル分子をNi上に成膜した試料では、逆の傾向を示すことが判明。このような分子キラリティに依存した磁気抵抗効果は、キラル分子が磁石として働いていることを意味していると研究チームでは説明している。

金属ベース磁気抵抗デバイスとキラル分子誘起磁気抵抗デバイス。(a)磁化(M)が反平行配置の場合(左)、平行配置(右)よりも試料の電気抵抗が高くなる。(b)キラル分子(コイル)中にスピン偏極が生成した場合、磁場により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果が発現する (出所:東大物性研Webサイト)

また、このキラル分子による磁気抵抗効果の起源を調べることを目的にデバイス温度依存性が調査されたところ、磁気抵抗効果は50K(約-223℃)からデバイスを温めるほど大きくなることが判明。一般的な鉄などの磁石とは異なり、キラル分子が熱によって磁化が大きくなる磁石であることが示されたという。

キラル分子誘起磁気抵抗効果とその温度依存性。(a)分子のキラリティに依存して、電気抵抗変化の符号が反転する。(b)デバイスを温めると、50K(約-223℃)から磁気抵抗効果(電気抵抗の変化の割合)が徐々に大きくなる。これは、熱によってキラル分子の磁化が大きくなることが示されている (出所:東大物性研Webサイト)