스핀이 나선형으로 배열된 「나선 자성체」는, 스핀의 비틀림 방법을 정보로서 활용한 새로운 스핀트로닉스 재료가 될 것으로 기대되고 있다.그러나, 나선 자성을 나타내는 물질은 희유이며, 스핀트로닉스 재료로서 옛부터 연구되어 온 페로브스카이트형 전이 금속 산화물이어도, 그 보고예는 한정되어 있었다.
이번, 도쿄 대학·오사카 대학 등의 연구 그룹은, 입방정 페로브스카이트형 구조를 가지는 코발트 산화물에 주목.동일한 구조로 나선 자성을 갖는 철 산화물이 철과 산소의 결합 길이를 늘리면 스핀 배열의 비틀림 방법이 크게 변화하는 것이 알려져 있기 때문에, 마찬가지로 코발트와 산소의 결합 길이를 늘려 신기자성상을 탐색하는 것을 목표로 했다.
초고압 산화 처리에 의해, 나선 자성에 필요하다고 생각되는 코발트-산소간의 강한 결합을 유지하면서, 원소 치환으로 결합 길이를 연장한 페로브스카이트형 코발트 산화물의 대형 단결정을 합성.얻어진 단결정에 대하여 자화 측정을 행하고, 코발트-산소 사이의 결합 길이를 불과 1% 정도 넓히는 것만으로, 강자성상이 새로운 자성상으로 변화하는 것을 발견하였다.또한, 실험과 이론 계산으로부터, 이 새로운 자성상이 나선 자성상인 것을 확인하였다.
이것에 의해, 입방정 페로브스카이트와 같이 단순한 결정 구조를 가지는 산화물이라도, 전이 금속과 산소 사이의 강한 결합을 제어하면 나선 자성이 생길 수 있는 것이 세계에서 처음으로 실증되었다.
본 성과는 산화물 나선 자성체의 신규 개척으로 이어지는 새로운 지침을 주는 것인 동시에, 결정 격자의 증대에 의한 강자성-나선 자성 전이라는 자성 스위칭은 새로운 압력 센서나 자기 액추에이터로의 응용으로 이어질 것으로 기대되고 있다.
