東北大学の石原純夫教授らの研究グループは、金属磁石に強い光を当てると、全ての電子のスピンが同じ向きに揃った配列から互い違いに逆向きの配列となり、瞬時に磁石としての性質を失うことを理論計算シミュレーションにより示すことに成功した。

 磁石では、電子のスピンと呼ばれる小さな磁石が全て同じ向きに配列して、全体として磁石の働きが現れる。スピンを効率よく素早く操作することが大容量の情報を高速に取り扱うために重要であり、その原理解明が求められていた。

 最近のレーザー技術により、非常に短い時間でこれを操作できる可能性が出てきた。これまでに、スピンが互い違いに並んだ絶縁体に光を当てると、全て同じ向きに揃った金属になることがわかっていた。

 研究グループは、逆の操作を検討。電子スピンが全て同じ向きに揃った金属に強い光を当てると、互い違いに逆向きとなり、瞬時(10兆分の1秒~1兆分の1秒)に磁石としての性質を失うことを理論計算シミュレーションにより示すことに成功した。

 磁石中で全てのスピンが同方向に揃うのは、平行にする力がスピンの間に働くため。計算ではレーザーを当てることで、スピンを互いに平行にする力が反平行にする力に転換したことを意味している。磁石の性質を持つスピンを平行にする力は1950年代に発見。今回初めて、強い光を当てることでこの力が正反対の性質を示すことがわかった。

 研究により、反平行から平行にする機構はわかっている。両者の併用により、スピンの配列を双方向に高速に操作が可能になると期待される。スピンの配列と電気の流れは深く関係しているため、超高速スイッチを利用したデバイス設計の指針を与えることが予想される。

論文情報:【Physics Review Letters (Editors’ Suggestion)】Double-Exchange Interaction in Optically Induced Nonequilibrium State: A Conversion from Ferromagnetic to Antiferromagnetic Structure

東北大学

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