東大、らせんに巻いた電子スピンによる巨大な光のアイソレータ効果を発見

東京大学は8月4日、物質中に生じるらせん型に配列した電子スピンが、光の進行する向きに依存して光吸収を大きく変化させる機能性を有していることを発見したと発表した。

同成果は、同大大学院 工学系研究科の高橋陽太郎特任准教授、木林駿介大学院生(当時)、十倉好紀教授、および理化学研究所 創発物性科学研究センターの関真一郎ユニットリーダーらによるもの。詳細は、英国のオンライン科学雑誌「Nature Communications」に掲載された。

研究グループは、らせん型に電子スピンが配列したとき、ギガヘルツからテラヘルツの周波数帯にエレクトロマグノンと呼ばれるスピンの集団運動が現れることを発見した。さらに、らせん型のスピン配列が持つ"磁性"と"カイラリティ"という2つの性質によって、エレクトロマグノンが巨大な磁気カイラル効果を示すことを明らかにした。そして、磁気カイラル効果により、光の進行方向に依存して吸収係数を最大400%変化させることに成功したという。

将来の大容量通信など、さまざまな応用が期待されている高周波のギガヘルツ帯からテラヘルツ帯では、光(電磁波)の制御のための技術開発が行われている。今回の結果は、アイソレータや、物質の光吸収を外部の電場や磁場で操作可能な光(電磁波)制御素子としての展開が期待できるとコメントしている。