岡山大学大学院自然科学研究科の横谷尚睦教授の研究グループは二酸化クロムが低温でハーフメタルという特殊な状態になることを明らかにしました。ハーフメタルはスピントロニクスという技術に利用できるとされています。現在のコンピュータは電流を使って動作しますが、余計な熱が発生するという問題があります。これに対してスピントロニクスは発熱しない情報伝達技術として注目を集めています。物質中の電子が持つスピンを利用する技術です。
物質の中の電子は上向きか下向きのどちらかのスピンを持っていますが、多くの物質で上向き・下向きスピンはペアになり互いを打ち消し合っています。これに対して一部の物質はスピンの数が異なり、一方のスピンが残った状態になります。特に電気伝導に関わる自由電子のスピンが残っている状態をハーフメタルといいます。
これまで極低温の二酸化クロムはスピンの数が大きく違うことは分っていましたが、ハーフメタルであるという証拠がありませんでした。これを確かめるためには物質の中のスピンの状態を直接調べることが必要です。これを岡山大学に建設されたバルク敏感スピン分解光電子分光装置といわれる装置で行いました。これによりスピン数の違いが自由電子によるものであること、すなわち二酸化クロムがハーフメタルであることが明らかになったのです。また、温度を室温まで上げた時にスピンが減少することも発見しました。二酸化クロムは極低温でしかハーフメタルになりませんが、室温でのスピントロニクスを実現するに当たり重要な手掛かりになるでしょう。
スピントロニクスが実現して無駄な発熱を減らすことができれば、人類全体の重要課題であるエネルギー問題は大きく前進するでしょう。その第一歩として新しい技術に関わる現象や物質の性質を知ることは不可欠です。
