物性物理学：二次元ファンデルワールス結晶における固有強磁性の発見

二次元ファンデルワールス結晶において、その豊富な電子的特性と光学的特性と併せて、長距離強磁性秩序が実現されれば、磁性、電気磁気効果、磁気光学効果の新しい応用につながる可能性がある。マーミン–ワグナーの定理によると、二次元系では熱ゆらぎによって長距離磁気秩序が強く抑制される。しかし、こうした熱ゆらぎは磁気異方性によって打ち消される可能性がある。欠陥工学、組成工学、近接効果に基づくこれまでの取り組みでは、局所的もしくは外的にしか磁気応答が生じなかった。今回我々は、劣化していないCr₂Ge₂Te₆原子層における固有の長距離強磁性秩序を、走査型磁気光学カー顕微鏡法によって明らかにしたことを報告する。我々は、この二次元ファンデルワールス軟強磁性体において、0.3テスラ未満という非常に弱い磁場を用い、強磁性状態と常磁性状態の間の転移温度の、前例のない制御を実現した。この結果は、三次元領域では転移温度が磁場に対して鈍感なことと対照的である。こうした弱い印加磁場によって、ゼロに近い結晶磁気異方性よりもはるかに大きい実効異方性が生じ、大きなスピン波励起ギャップが開くことが見いだされた。我々は、観測された現象を繰り込みスピン波理論を用いて説明し、今回の転移温度の異常な磁場依存性が二次元軟強磁性ファンデルワールス結晶の特徴であると結論付ける。Cr₂Ge₂Te₆は理想に近い二次元ハイゼンベルク強磁性体であるため、基礎的なスピン挙動の研究に役立つと考えられ、超小型スピントロニクス素子などの新しい用途を探索する可能性を開くであろう。

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