廣泛應用於各類電子設備的二極體是通過將性質不同的半導體接合在一起，使電流僅能單向流動的元件。但是二極體存在接合面電阻損耗及難以微型化的課題。
日本國立研究開發法人原子能研究開發機構（簡稱原子能機構，JAERI）原子能科學研究所尖端基礎研究中心的木俁基副研究主任、東京大學物性研究所的須藤健太特任研究員、東北大學金屬材料研究所的赤木暢助教（現任職於神戶大學研究基礎中心）、富山縣立大學工學部通識教育中心的谷田博司副教授、柳有起副教授等共同發現，在具有微型磁體（電子自旋）呈鋸齒狀排列的特殊結構的金屬中，會自然產生類似二極體的單向導電特性（非互易傳導），即電流偏向易於流動方向的現象。相關研究成果已發表在《Physical Review Letters》上。
圖1 原子呈鋸齒狀排列的反鐵磁體中產生的「電流流向偏移」（非互易傳導）概念圖 當微型磁體（電子自旋）呈鋸齒狀排列且自旋方向形成規律性時，電流流動將呈現非對稱（供圖：日本原子能研究開發機構）
研究團隊此次重點研究了具有原子鋸齒狀排列結構的釹-釕-鋁化合物NdRu2Al10。這種化合物在室溫下電子自旋方向各不相同，但當溫度降至2.4K時，自旋方向呈現相互相反的反鐵磁性。這種自旋排列在內部形成了微觀磁場，從而即使不施加外部磁場，也會產生電流向易於流動的方向偏移，出現非互易傳導現象。此外，該效應強度較既往物質在外部磁場下展現的特性高出1000倍以上。
另外，通過離子束微加工技術製備該晶體的細長微樣品並進行測量後發現，存在自旋排列方向切換的區域，該區域內電流易流方向亦隨之反轉。
本次的實驗成果驗證了一個新原理，即原子呈鋸齒狀排列形成的反鐵磁自旋序列可作為內部磁場，即使在無外部磁場條件下也能引發電流向易流方向產生偏移的非互易導電現象。該原理有望應用於開發下一代節能型超小型器件。
木俁研究副主任表示：「此前雖有理論預測，但此次實際通過實驗獲得了驗證。本次實驗在2.4K極低溫條件下完成，但我們已大致鎖定了能在接近常溫環境下產生相同效應的物質。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Physical Review Letters
論文：Large Spontaneous Nonreciprocal Charge Transport in a Zero-Magnetization Antiferromagnet(Editors’ Suggestionとして注目論文に選出)
DOI：doi.org/10.1103/13pd-tlzp
