熊本大學研究生院尖端科學研究部的雀部矩正特任助教和水牧仁一朗教授的研究團隊發表研究成果稱，透過與大阪公立大學、物質與材料研究機構（NIMS）的合作研究，詳細調查了金紅石化合物RuO２的反鐵磁狀態，從而在理論上預言了在共線方向的反鐵磁狀態下可以觀察到XMCD（磁圓偏光二色性：透過磁體的圓偏光X射線的吸收係數在左轉圓偏光和右轉圓偏光X射線之間產生差異的現象）。這一研究將促進有特異空間與時間對稱的物質研究和開發，併爲開發創新性物質與材料做出貢獻。相關成果已發表在美國物理可用能學會發行的期刊《Physical Review Letters》11月24日刊上。
（a）金紅石結構的晶體結構（在[100]方向上反鐵磁有序）和（b）各向異性磁偶極子項的誘發。橫箭頭表示自旋，斜箭頭表示各向異性磁偶極子的方向（供圖：熊本大學雀部特任助教）
在「對稱破缺」中，空間反演對稱消失（破缺）會引起電極化（由於物活體內的電子和質子等向一個方向靠攏，整個物體發生電偏轉，導致物體可能有兩個不同的極），時間反演對稱破缺則會誘發磁性。
描述磁場引發電極化或電場等而產生的磁化控制等的小麥克斯韋方程式中沒有記述的應答（交叉相關響應）也在逐步被發現。
電極化需要空間反演對稱的破缺，物質的晶體結構中不存在空間反演性的情況下會發生電極化。另一方面，在具有空間反演性的晶體結構中，有時會由於形成強磁性狀態而破壞空間反演對稱，從而引起電極化。前者是透過電場控制電極化，而後者是透過磁場操作磁化狀態來控制電極化。
本次的研究以在[100]方向上呈現反鐵磁有序的金紅石結構物質RuO２爲研究物件，進行了電子態分析和X射線磁圓偏光二色性（XMCD）的類比。XMCD是識別物質中電子的自旋和軌道運動的一種強有力的方法。
當從［100］方向入射X射線時，沒有觀察到XMCD，而當從［010］方向入射X射線時XMCD則出現了。
RuO２的XMCD來源於各向異性磁偶極子，這是在反鐵磁體中誘發的各向異性磁偶極子存在強磁性成分的證據。
有理論提出各向異性磁偶極子項對異常霍爾效應的發現很重要，透過XMCD和共振X射線散射等同步輻射測量，有助於解析各向異性磁偶極子的行為及其電子狀態。
雀部特任助教表示：「此次的研究成果發表在了世界性權威雜誌《Physical Review Letters》上，並且入選Editors、Suggestion以及作爲Front Cover，對此我感到非常高興。超導等物性現象源於物質的對稱，在本研究中我們對因特異對稱而出現的各向異性磁成分進行了理論研究。今後，我們希望能揭示各向異性磁成分與非常規超導和交叉相關響應等物性現象之間的關係」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Physical Review Letters
論文：Ferroic Order for Anisotropic Magnetic Dipole Term in Collinear Antiferromagnets of (t2g)4 System
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.216501
