物性物理学：マルチフェロイック物質におけるトポロジカルに保護された磁気電気スイッチング

磁性の電気的制御や強誘電性の磁気的制御によって、磁気メモリーデバイスやデータ処理デバイスのエネルギー効率を向上させることができる。しかし、必要な磁気電気スイッチングの実現は困難で、単なるスピン自由度と電荷自由度の結合以上のものが要求される。今回我々は、磁場を印加後に除去することによって、マルチフェロイック物質であるGdMn₂O₅の電気分極が反転するため、系を元の配置に戻すのに2サイクル必要になることを示す。この異常なヒステリシスループ中、系には磁気配置が異なる4つの状態が現れ、全スピンの2分の1が約90°ずつ一方向に回転して元に戻る。従って、GdMn₂O₅は、磁場の往復変化をスピン円運動に変換する磁気クランクシャフトとしての役割を果たしている。この特異な4状態磁気電気スイッチングは、異なる2状態スイッチング領域間の、トポロジカルに保護された境界として現れる。今回の知見によって、フェロイック物質におけるトポロジカルに保護されたスイッチング現象のパラダイムが確立される。

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