【物理/素材】光の進行方向によって吸収量が変わるエレクトロマグノンを発見　GHｚからTHｚ帯の新しい光学素子としての可能性

光の進行方向によって吸収量が変わるエレクトロマグノンを発見〜新しい機能を持つ高速通信用の素子の道を開く〜

　独立行政法人科学技術振興機構（JST），東京大学（東大），独立行政法人
理化学研究所（理研）は2011年12月5日に，東大大学院工学系研究科の十倉
好紀教授らの研究グループがJST 課題解決型基礎研究の一環として，マルチフェロ
イックスと呼ばれる，磁石の性質（磁性）と電気分極（強誘電性）が共存する物質に
光をあてたときに，光の進行方向を反転させると光の吸収量が変化する方向2色性
という効果が巨大になることを発見したとのプレスリリースを行った．JST戦略的創造
研究推進事業 ERATO型研究，東大，理研，最先端研究開発支援プログラム
（FIRST）の共同研究によるもので，成果は英国科学誌Nature Physicsで公開された（注）．

　Maxwell方程式は，ある媒体内で時間変化する電場と磁場を結びつける．さらに，
スピン軌道相互作用を示す物質では電気分極（P）と磁化（M）が動的に結びつく電気
磁気効果が期待される．マルチフェロイックスと呼ばれる磁化と電気分極の共存する
物質では，電気磁気効果が強められるから，光学素子の開発における，光の電場と
磁場との相互結合の制御を可能にすると思われた．

　研究グループは，代表的なマルチフェロイックス物質であるペロフスカイト構造のマン
ガン酸化物Eu0.55Y0.45MnO3において，円形状のスピン秩序による自発分極の揺動に
起因する，新しいエレクトロマグノンを観測した．このエレクトロマグノンは強誘電分極の
振動と，それと強く結びついた磁化の振動から成っていて，ギガヘルツからテラヘルツの
周波数帯に現れる．物質中で強誘電分極と磁化が直交すると，両者に対して垂直に
進む光は，進行方向の左右の違いでそれぞれ透過率が異なる．このような条件下で
-269℃において光の吸収係数を測定すると，0.2THzと0.6THzにピークが見られた．0.6
THzのピークは光の進行方向を逆にしても変らず，反強磁性共鳴によるもので光の磁場
成分にのみ応答する励起状態である．これに対し，0.2THzのピークは光の進行方向に
よって2倍以上吸収係数が異なる．この方向2色性を示すピークは誘電分極，磁化の
方向のどちらか一方を反転させることで，その光透過率の方向依存性が入れ替わる．
これは，電気磁気効果によって説明ができ，エレクトロマグノンによるものとされた．通常の
電気磁気効果は静的な分極と磁性の間の現象として観測されるが，本研究で発見
されたエレクトロマグノンは，マルチフェロイックスに特有の巨大な電気磁気効果をギガ
ヘルツからテラヘルツ帯での高速運動を示す動的過程に拡張したものであるという．

　本研究で見出されたエレクトロマグノンは多くのマルチフェロイックス物質で観測することで，
ギガヘルツからテラヘルツ帯の新しい光学素子としての可能性が開拓されよう．また，光
領域の電気磁気効果には，さらに新たな機能性を持った現象が期待されるという．今回
発見された巨大な電気磁気効果を用いて，新規で特異な光学現象を探索するとのことである．

（注）Youtarou Takahashi, Ryo Shimano, Yoshio Kaneko, Hiroshi Murakawa, and Yoshinori Tokura
Magnetoelectric resonance with electromagnons in a perovskite helimagnet
Nature Physics (2011), doi:10.1038/nphys2161. Published online: 04 December 2011.
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys2161.html

光の進行方向によって吸収量が変わるエレクトロマグノンを発見−新しい機能を持つ高速通信用の素子の道を開く−
科学技術振興機構プレスリリース　平成２３年１２月５日
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20111205/index.html
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20111205/icons/zu1.gif
図１ 方向２色性
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20111205/icons/zu2.gif
図２　エレクトロマグノンの方向２色性のスペクトル

関連ニュース
【物理】世界で初めてマグノンのホール効果を観察--東大・理研
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1279263161/-100
【材料】室温でも強磁・誘電性もつ“マルチフェロイック材料”開発へ前進…東大など
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1292305489/-100

ん？ これ一月以上前に読んだ気がしたが、気のせいかな

＞マグノン（英: magnon）は、結晶格子中の電子のスピンの構造を量子化した準粒子である。
＞一方、結晶格子中での原子やイオンの振動を量子化した準粒子は、フォノンという。

オレは、このへんでやっとだな。

またノーベルの足音が聞こえる

なにがなんだかわからない・・・（AA略

by化学屋

音楽で言うと高い方へのピッチシフターか。
新しい世界が見えるかも。
既にTヘルツを扱うデバイスは有るから面白そうだ。

よし、ではCPUを電子ではなく光で作れ

光記憶素子が無いから、光コンピュータはまだ無理

ここまで周波数あがるとまた人体悪影響の論争が起きそうだな

なるほど、簡単に言うとキムテヒは人類史上最高の美女ということが証明されたということだな。

光ダイオード？

>>8
ＮＡＮＤ素子とかが作れれば、その組み合わせで記憶素子は何とかならんか？

　【ワシントン＝山田哲朗】米科学誌サイエンスは２３日付の最新号で、２０１１年の科学研究における１０大発見を発表した。
日本からは、小惑星探査機「はやぶさ」の成果と、光合成の謎に迫った
神谷信夫・大阪市立大教授、沈建仁・岡山大教授の研究が選ばれた。

　はやぶさについて、同誌は「驚くべき成功を収めた救出ミッション（作戦）で、
運用者は大失敗の瀬戸際から何とか探査機を引き戻した」とし、
持ち帰った試料により小惑星や隕石いんせきの研究が進んだことを評価した。

一方、神谷教授らは植物の水分解反応（光合成）で触媒の役割を果たすたんぱく質複合体の構造を解明した。
人工光合成の足がかりとなる成果で、同誌は「水を分解して燃料電池で使う水素を作り出すなど、
クリーンエネルギー源の開発の鍵を握る」と評価。研究が発展すれば環境問題を解決できると予測する。

（2011年12月24日01時26分 読売新聞）

まぐのんかわいいよまぐのん

光の粒子を留めておくことができればいいんだな

電子木蓮か・・・

エレクトロマギヌンか
1年で100点くらい取りそうだな