广泛应用于各类电子设备的二极管是通过将性质不同的半导体接合在一起，使电流仅能单向流动的元件。但是二极管存在接合面电阻损耗及难以微型化的课题。
日本国立研究开发法人原子能研究开发机构（简称原子能机构，JAERI）原子能科学研究所尖端基础研究中心的木俣基副研究主任、东京大学物性研究所的须藤健太特任研究员、东北大学金属材料研究所的赤木畅助教（现任职于神户大学研究基础中心）、富山县立大学工学部通识教育中心的谷田博司副教授、柳有起副教授等共同发现，在具有微型磁体（电子自旋）呈锯齿状排列的特殊结构的金属中，会自然产生类似二极管的单向导电特性（非互易传导），即电流偏向易于流动方向的现象。相关研究成果已发表在《Physical Review Letters》上。
图1 原子呈锯齿状排列的反铁磁体中产生的“电流流向偏移”（非互易传导）概念图 当微型磁体（电子自旋）呈锯齿状排列且自旋方向形成规律性时，电流流动将呈现非对称性（供图：日本原子能研究开发机构）
研究团队此次重点研究了具有原子锯齿状排列结构的钕-钌-铝化合物NdRu2Al10。这种化合物在室温下电子自旋方向各不相同，但当温度降至2.4K时，自旋方向呈现相互相反的反铁磁性。这种自旋排列在内部形成了微观磁场，从而即使不施加外部磁场，也会产生电流向易于流动的方向偏移，出现非互易传导现象。此外，该效应强度较既往物质在外部磁场下展现的特性高出1000倍以上。
另外，通过离子束微加工技术制备该晶体的细长微样品并进行测量后发现，存在自旋排列方向切换的区域，该区域内电流易流方向亦随之反转。
本次的实验成果验证了一个新原理，即原子呈锯齿状排列形成的反铁磁自旋序列可作为内部磁场，即使在无外部磁场条件下也能引发电流向易流方向产生偏移的非互易导电现象。该原理有望应用于开发下一代节能型超小型器件。
木俣研究副主任表示：“此前虽有理论预测，但此次实际通过实验获得了验证。本次实验在2.4K极低温条件下完成，但我们已大致锁定了能在接近常温环境下产生相同效应的物质。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Physical Review Letters
论文：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
