磁性：MnTeにおける交替磁性のナノスケール撮像と制御

磁気秩序のナノスケールでの検出と制御は、磁性が関与するさまざまな物性研究とデバイス機能を支えている。関与するカギとなる原理は時間反転対称性の破れであり、これは強磁性体では内部磁化によって発生する。しかし、正味の磁化の存在によって、デバイスのスケーラビリティーや、超伝導体やトポロジカル絶縁体などの相とのその親和性が制限される。最近、こうした制約を解決する方法として、そうした強磁性の時間反転対称性の破れという特徴と、反強磁性体に似た消失する正味の磁化を共有する、交替磁性が提案されている。これまで、交替磁性秩序は空間的に平均化されたプローブから推測されてきた。今回我々は、テルル化マンガン(MnTe)において、100 nmスケールの渦や磁壁から10 μmスケールの単一磁区状態までの、交替磁性状態のナノスケール撮像を実証する。我々は、X線磁気円二色性の時間反転対称性の破れ感度を、磁気直線二色性および光電子顕微鏡と組み合わせて、局所的な交替磁性秩序ベクトルのマップを実現した。微細構造のパターニングと磁場中での熱サイクルを用いて、さまざまなスピン配置が課された。交替磁性スピン配位の検出と形成制御が実証されたことで、理論的に予測される交替磁性の研究ランドスケープ全体にわたる将来の実験的研究、例えば、非従来型のスピン偏極現象、交替磁性と超伝導相やトポロジカル相との相互作用、そして拡張性の高いデジタル・スピントロニクス・デバイスおよびニューロモルフィック・スピントロニクス・デバイスへの道が開かれた。

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