大阪大学大学院理学研究科物理学専攻の太田智陽さん（研究当時：博士後期課程3年、現：東京大学物性研究所　助教）、先導的学際研究機構スピン学際研究部門の近藤浩太准教授（研究開始当時：理化学研究所　上級研究員）は、同大学院理学研究科の新見康洋教授のグループ・東京大学物性研究所の大谷義近教授のグループ・沖縄科学技術大学院大学量子物質科学ユニットの岡田佳憲准教授のグループと共同で、特殊な薄膜結晶を持つ磁石Fe₅GeTe₂（FGT）において、電流をスピンの流れに変換する「スピンホール効果」が、FGTの磁性の発現にともなって急激に増大することを、スピントルク強磁性共鳴法と呼ばれる手法を用いて明らかにしました。

図1：（左）ファンデルワールス強磁性体Fe₅GeTe₂（FGT）を用いた電流-スピン流変換デバイスの模式図。スピントルク強磁性共鳴法を用いてスピンホール効果による電流-スピン流変換を実証した。（右） 高周波電力の周波数による共鳴スペクトルの変化。測定はキュリー温度以下の300 Kで行われた。

スピンホール効果は物性物理学における基本的な現象の一つです。電流を磁石の性質を持つ「スピン」の流れであるスピン流へと変換できます。スピン流は磁性体の磁化を効率的に制御できることから、次世代の不揮発性磁気メモリなど、省エネでかつ超高速なデバイスにおける駆動原理として注目されています。

今回、共同研究グループは、ファンデルワールス強磁性体（FGT）・銅・強磁性金属（パーマロイ）を積層した薄膜素子を作製し（図１左）、スピントルク強磁性共鳴法によりFGTのスピンホール効果を評価しました（図1右）。その結果、FGTがキュリー温度T_C（約310 K）を下回り磁石としての性質を持ち始めると同時にスピンホール効果が急激に強まり（図２左）、低温では白金（Pt）やタングステン（W）に匹敵する変換効率が得られることを明らかにしました（図２右）。

さらに研究グループは、測定温度を系統的に変化させることで、FGTが常磁性から強磁性へと磁気相が変化する際に、変換効率が約1桁変化することを見出しました（図２）。この結果は、物質のもつ磁性とスピンホール効果の興味深い相関を示唆するだけでなく、磁気相転移を活用した新たな磁気メモリデバイスの機能発現の道を拓くものです。

本研究成果は、米国科学誌「Physical Review Materials」に、Editors’ Suggestionとして、2026年9月9日（水）午前3時（日本時間）に公開されました。

図2：（左）スピン変換効率の温度依存性。キュリー温度以下で変換効率の顕著な増大が観測された。（右）ファンデルワールス強磁性体のスピンホール材料としての評価。従来のスピンホール材料に匹敵するスピンホール伝導度を示した。

発表論文

• 雑誌名：Physical Review Materials
• タイトル：Spin Hall effect in van der Waals ferromagnet Fe₅GeTe₂
• 著者名：Tomoharu Ohta, Yuto Samukawa, Nan Jiang, Yasuhiro Niimi, Kohei Yamagami, Yoshinori Okada, Yoshichika Otani, and Kouta Kondou
• DOI：10.1103/j2k1-vrvh

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