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フラットバンドが生む世界最大の横磁気熱電伝導率 ―磁気秩序下での遍歴フラットバンドを初めて実証―

東京大学大学院理学系研究科の見波将特任助教（研究当時、現：京都大学大学院工学研究科助教）、Yangming Wang博士課程学生（研究当時）、中村紘人博士課程学生（研究当時）、酒井明人講師と中辻知教授らの研究グループは、同大学大学院有田亮太郎教授（兼：理化学研究所創発物性科学研究センターチームディレクター）、理化学研究所創発物性科学研究センターの大岩陸人基礎科学特別研究員（研究当時、現：北海道大学講師）、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の相馬清吾准教授、佐藤宇史教授らと共同で、フェリ磁性体GdCo5において、室温で過去最大の横磁気熱電伝導率を観測しました。また、巨大な磁気熱電効果の起源が波動関数の干渉効果により生じた遍歴フラットバンドであることを、実験と理論の両面から明らかにしました。

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図1 積層ハニカム-カゴメ格子による波動関数の干渉効果の模式図（左）。遍歴フラットバンドの角度分解光電子分光による観測結果と理論予測（右）。
fig2
図2：GdCo5における磁気熱電性能の測定結果。室温（300K）近傍において世界最大の磁気熱電性能を示す。挿入図はGdCo5の結晶構造。ハニカム格子（H）、カゴメ格子（K）上のコバルト原子の波動関数の干渉効果により遍歴フラットバンドが生じる

GdCo5はハニカム格子とカゴメ格子が交互に積み重なった結晶構造を持ちます。本研究では、角度分解光電子分光と第一原理計算を組み合わせ、この積層格子上の波動関数の干渉効果により、遍歴フラットバンドが広い運動量空間にわたって存在することを明らかにしました。磁気秩序が生じている物質で遍歴フラットバンドが観測されたのは世界で初めての事例です。さらに、このフラットバンドに由来する巨大な磁気熱電効果を発見し、室温における横磁気熱電伝導率として過去最大の値を達成しました（図2）。本成果で見いだされた巨大な磁気熱電効果を利用することで、熱電デバイスやスピントロニクスデバイスの開発につながることが期待されます。

理学系研究科発表のプレスリリース

発表論文

  • 雑誌名：Advanced Materials
  • 題　名：Evidence for itinerant ferromagnetic flat bands producing large transverse responses
  • 著者名：Susumu Minami, Yangming Wang, Seigo Souma, Hiroto Nakamura, Akito Sakai, Takumi Osumi, Hang Su, Hikaru Watanabe, Shun’ichiro Kurosawa, Rikuto Oiwa, Daisuke Nishio-Hamane, Kosuke Nakayama, Takuya Nomoto, Ryotaro Arita, Takafumi Sato, Satoru Nakatsuji
  • DOI：10.1002/adma.202517521

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(公開日: 2026年04月28日)

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