熊本大学研究生院尖端科学研究部的雀部矩正特任助教和水牧仁一朗教授的研究团队发表研究成果称，通过与大阪公立大学、物质与材料研究机构（NIMS）的合作研究，详细调查了金红石化合物RuO２的反铁磁状态，从而在理论上预言了在共线方向的反铁磁状态下可以观察到XMCD（磁圆二色性：透过磁体的圆偏振光X射线的吸收系数在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光X射线之间产生差异的现象）。这一研究将促进有特异空间与时间对称性的物质研究和开发，并为开发创新性物质与材料做出贡献。相关成果已发表在美国物理学会发行的期刊《Physical Review Letters》11月24日刊上。
（a）金红石结构的晶体结构（在[100]方向上反铁磁有序）和（b）各向异性磁偶极子项的诱发。横箭头表示自旋，斜箭头表示各向异性磁偶极子的方向（供图：熊本大学雀部特任助教）
在“对称性破缺”中，空间反演对称性消失（破缺）会引起电极化（由于物体内的电子和质子等向一个方向靠拢，整个物体发生电偏转，导致物体可能有两个不同的极），时间反演对称性破缺则会诱发磁性。
描述磁场引发电极化或电场等而产生的磁化控制等的麦克斯韦方程式中没有记述的应答（交叉相关响应）也在逐步被发现。
电极化需要空间反演对称性的破缺，物质的晶体结构中不存在空间反演性的情况下会发生电极化。另一方面，在具有空间反演性的晶体结构中，有时会由于形成强磁性状态而破坏空间反演对称性，从而引起电极化。前者是通过电场控制电极化，而后者是通过磁场操作磁化状态来控制电极化。
本次的研究以在[100]方向上呈现反铁磁有序的金红石结构物质RuO２为研究对象，进行了电子态分析和X射线磁圆二色性（XMCD）的模拟。XMCD是识别物质中电子的自旋和轨道运动的一种强有力的方法。
当从［100］方向入射X射线时，没有观察到XMCD，而当从［010］方向入射X射线时XMCD则出现了。
RuO２的XMCD来源于各向异性磁偶极子，这是在反铁磁体中诱发的各向异性磁偶极子存在强磁性成分的证据。
有理论提出各向异性磁偶极子项对反常霍尔效应的发现很重要，通过XMCD和共振X射线散射等同步辐射测量，有助于解析各向异性磁偶极子的行为及其电子状态。
雀部特任助教表示：“此次的研究成果发表在了世界性权威杂志《Physical Review Letters》上，并且入选Editors、Suggestion以及作为Front Cover，对此我感到非常高兴。超导等物性现象源于物质的对称性，在本研究中我们对因特异对称性而出现的各向异性磁成分进行了理论研究。今后，我们希望能揭示各向异性磁成分与非常规超导和交叉相关响应等物性现象之间的关系”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Physical Review Letters
论文：Ferroic Order for Anisotropic Magnetic Dipole Term in Collinear Antiferromagnets of (t2g)4 System
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.216501
