나노기술 및 정책 정보

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이화학연구소(RIKEN) 창발물성과학연구센터 응급물성측정연구팀, 도쿄(東京)대학 대학원 공학계연구과의 공동 연구그룹이 나노미터 크기의 자기 소용돌이 구조가 전도 전자에 나타나는 것을 발견함. 연구진은 전도 전자의 공간적 분포에 자기 구조가 반영되는지를 확인함으로써 전도 전자와 자기 구조의 관계의 유무를 확인하기로 했으며, 시료로서 자기 스커미온이 1.9nm 간격으로 격자 모양으로 정렬하는 희토류 합금 GdRu2Si2 (Gd: 가돌리늄, Ru: 루테늄, Si: 실리콘)를 사용, 주사형터널현미경/분광법(STM/STS)을 통해 전도 전자의 상태를 조사한 결과, 자기 스커미온 격자에 대응하는 구조를 파악하는 데 성공함. 또한, 외부 자기장을 변화시키면서 동일한 실험을 실시한 결과, 자기 구조의 변화에 ​​따라 전도 전자의 상태가 명료하게 변화하고 그 분포는 자기 구조의 공간적 분포를 잘 나타내고 있음을 확인함. 자기 스커미온 및 그 밖의 자기 구조는 국재 전자에서 오는 정적인 것임에도 불구하고 동적 전도 전자에 그 영향이 나타나는 것은 양자가 서로 영향을 미치는 증거라고 할 수 있음. 한편, 전하 밀도 분포를 계산한 결과, 전하 밀도 분포는 STM/STS를 통해 얻어진 패턴과 매우 유사한 구조임을 알 수 있었으며, 이는 공간 반전 대칭성이 있는 GdRu2Si2의 자기 스커미온이 전도 전자를 매개로하는 새로운 메커니즘에 의해 실현되고 있음을 나타냄. 본 연구 성과는 공간 반전 대칭성이 있는 물질에 있어 자기 소용돌이 구조의 새로운 메커니즘 규명에 공헌할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ (“Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si2”) 지에 게재됨.