調査の結果、磁気スキルミオンが発現する温度-磁場領域だけで、大きな熱ホール効果が観測されたとするほか、室温からの冷却途中の構造相転移温度で磁場を印加することで、試料中に形成される磁気スキルミオンの領域が広くなり、それによって熱ホール信号も大きくなることも判明したとする。

  • 磁気スキルミオン格子中のトポロジカル熱ホール効果の模式図

    磁気スキルミオン格子中のトポロジカル熱ホール効果の模式図。固体中のスピンが作る渦構造である磁気スキルミオン格子中で、マグノンの運ぶ熱が磁気スキルミオン格子の作る創発磁場によって曲がる (出所:東大 物性研Webサイト)

さらに、この磁気スキルミオン中の熱ホール効果が理論的に詳細に解析されたところ、スピンの波が熱を運ぶマグノン励起が磁気スキルミオンの生み出す創発磁場によって曲げられる「トポロジカル熱ホール効果」によって熱ホール効果が生じていることが明らかにされたともしている。

  • 熱ホール伝導率の磁場依存性

    熱ホール伝導率の磁場依存性。磁場によって磁気構造がサイクロイド相、磁気スキルミオン相、強制強磁性相へと変化していく中、緑色で示した磁気スキルミオン相でのみ有限の熱ホールが観測された (出所:東大 物性研Webサイト)

なお、今回の研究によって、電気の流れない絶縁体で、電荷を持たないマグノン流にも磁気スキルミオンの創発磁場が作用することが判明したことについて、研究チームでは、固体中のスピン構造が生み出す創発磁場の理解と応用を、大きく進展させる結果としている。