1世紀以上にわたり、物理学の教科書は磁石に2つの基本タイプがあると教えてきた。強磁性体は、冷蔵庫の棒磁石のように、すべての原子スピンが同じ方向を向いているため、強い正味磁化を持つ。反強磁性体はスピンが交互に反対方向に配置され、打ち消し合って正味磁化ゼロになる。
この2値分類は更新が必要になるかもしれない。7月6日に『Nature Physics』に掲載された包括的なレビューは、第3の基本的な磁気クラス、アルテルマグネティズムの証拠をまとめたものである。強磁性体とは異なり、アルテルマグネットは迷走磁場を発生しない。反強磁性体とは異なり、強くスピン偏極した電流を流すことができ、次世代スピントロニクスデバイスに向けて両方の最良の特徴を組み合わせる可能性がある。
欠けていた磁気相
何かが欠けているという発見は結晶学からもたらされた。研究者らは、MnTe、RuO₂、CrSbなどの特定の材料が、従来の枠組みに適合しない磁気秩序を示すことに気づいた。それらのスピンは反強磁性体のように補償されていた（正味磁化ゼロ）が、電子バンド構造はスピン分裂を示しており、クラマース縮退によりスピンアップバンドとスピンダウンバンドが対になったままの従来の反強磁性体では起こりえないことであった。
解決策は対称性からもたらされた。従来の反強磁性体では、スピン副格子は並進と時間反転対称性を組み合わせたもの（スピンと時間の両方を反転させる数学的操作）によって結びついている。アルテルマグネットでは、副格子は回転と時間反転対称性を組み合わせたものによって結びついている。回転は方向成分を追加し、ゼロ正味磁化を維持しながら一般運動量点でのスピン縮退を解く。
結果として、以前は相互に排他的だと考えられていた特性、すなわち迷走磁場を発生しない磁石におけるスピン偏極電流を組み合わせた材料が得られる。
デバイスにとっての重要性
強磁性体が生成する迷走磁場は、小型電子機器において永続的な問題である。高密度に配置された磁気メモリアレイでは、1つのビットからの磁場が隣接するビットを反転させる可能性があり、デバイスが小型化するにつれて悪化するクロストーク問題である。アルテルマグネットは正味磁化がなく、したがって迷走磁場もないため、この問題を完全に排除する。
同時に、アルテルマグネットはスピン偏極電流を生成する。これは、電荷ではなく電子スピンを使用して情報を処理および保存するスピントロニクスデバイスの必須要件である。また、テラヘルツ領域で本質的に高速なスピンダイナミクスを提供し、強磁性デバイスが達成できる速度をはるかに超えるスイッチング速度を可能にする可能性がある。
T. Jungwirth（チェコ科学アカデミー）、J. Sinova（マインツ・ヨハネス・グーテンベルク大学）、L. Šmejkal（マインツ）が率いる国際チームによるこのレビューは、過去3年間にアルテルマグネティズムの主張を構築してきた実験的マイルストーンを調査している：MnTeにおける分光学的確認（Krempaskýら、『Nature』、2024年）、CrSbにおける薄膜スピン分裂（Reimersら、『Nature Communications』、2024年）、Mn₅Si₃における異常ホール応答（Reichlovaら、『Nature Communications』、2024年）。
実証されたもの
このレビューは、アルテルマグネットですでに実証または予測されているいくつかの機能的現象を特定している：
- 巨大トンネル磁気抵抗：アルテルマグネティックトンネル接合で予測
- スピンスプリッタートルク：重い金属層を必要としない効率的なスピン軌道トルク、RuO₂で実験的に観測
- アルテルマグネト電気効果：電気分極と磁気秩序の間の相互結合
- 完全超伝導ダイオード効果：アルテルマグネット-超伝導体ハイブリッドで予測
- 強誘電体スイッチ可能アルテルマグネティズム：マルチフェロイック材料で実証
- 室温動作：CrSbやRuO₂を含むいくつかのアルテルマグネットで確認
注意点
明確な磁気クラスとしてのアルテルマグネティズムは、凝縮系コミュニティの一部で依然として議論されている。一部の研究者は、それが真に新しい相ではなく反強磁性のサブタイプを表すと主張している。レビュー自体も、アルテルマグネットと特定の高対称性反強磁性体の間の境界が必ずしも明確ではないことを認めている。
さらに、現在までのほとんどの実証はデバイスレベルではなく材料特性評価レベルである。アルテルマグネットを使用した機能的スピントロニクスデバイス（メモリセル、論理ゲート、センサー）は、室温での実証により実用的な現実に近づいているものの、依然として大部分が理論的である。
雅子 訳
開示：2026年7月6日発行のNature Physicsにおける査読付きレビュー記事に基づく。DOI：10.1038/s41567-026-03337-w。著者：T. Jungwirth、J. Sinova、P. Wadley、D. Kriegner、H. Reichlová、F. Krizek、H. Ohno、L. Šmejkal他。