東京大学大学院工学系研究科の高橋陽太郎准教授のグループは理化学研究所創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長のグループと共同で、らせん型に配列したスピンを用いることでテラヘルツ帯に大きな自然旋光性が生じることを発見し、電圧による自然旋光性の制御に成功しました。
カイラリティは、右手と左手のように鏡像が重ならないという対称性の破れを表す概念で、生体分子から素粒子といったさまざまな階層に見られます。自然旋光性はカイラリティを持つ物質中を進む光の偏光が右手系と左手系で逆向きに回転する現象です。細菌学者としても有名なパスツールは、自然旋光性を使うことで初めて光学分割と呼ばれる右手系と左手系のより分けを実現しています。通常の物質では原子の空間配列によってカイラリティが生じますが、磁石の源であるスピンの配列が作るカイラリティの性質は知られていませんでした。
高橋陽太郎准教授らは、らせん型に配列したスピン構造を持つCuOを用いてテラヘルツ帯の透過光の偏光を測定しました。その結果、右巻きと左巻きのスピン配列が、それざれ逆向きの偏光回転を示す、つまり自然旋光性を生じさせることを発見しました。さらに、電圧によって右巻きと左巻きのスピン配列を入れ替えることで、自然旋光性の電圧制御を実現しました。
今回の成果はカイラリティを持つスピン配列を使うと、電圧で光を制御できることを示しています。また、スピン配列由来のカイラリティを用いることで、電圧書き込み光読み取りの新しい低消費電力メモリの実現に役立つことが期待できます。
詳細は東京大学大学院 工学系研究科のホームページをご覧ください。
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理化学研究所 広報室 報道担当
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