光で電子の力学を変える！追いかけっこするスピンの新理論

光で変わる物質の世界：追いかけっことは

東京科学大学、岡山大学、京都大学からなる研究チームが、光照射によって電子の相互作用の法則を破る新しい理論を発表しました。この理論は、特に磁性金属において、電子の「追いかけっこ」運動を生み出すものです。現在の物質科学や量子物質における研究は、新たな局面を迎え、物質の挙動を制御する新しい道が開かれています。

研究の背後にある理論

通常、物質は作用反作用の法則に従い、一方の物体が力を加えると、他方も反対の力を返します。しかし、外部からエネルギーを与え続けると、非平衡系ではこの法則が破れることがあります。研究チームは、この非相反的な相互作用を固体中に影響を与える形で実現しようとしました。光照射によって特定の電子が「出口」に抜けやすくなる状況を作り出すことにより、通常の物質の挙動が変化する可能性を探ります。

磁性金属の二層構造

研究では、二層の磁性金属を使用します。一方の層は強磁性を持ち、相手と同じ向きに揃おうとする一方、もう一方の層は反強磁性を取り、逆向きに揃おうとします。この相互作用により、二層の磁化は自発的に「追いかけっこ」しながら回転する状態になります。この現象は、非平衡系の物質における新しい相互作用の理解に貢献します。

エネルギーの追加で制御できる新技術

興味深いのは、光の周波数や強度を調整することで、この回転運動のオン・オフや速度を制御できる点です。この技術は、量子物質の応用展開や新たなデバイスの開発につながる可能性を秘めています。これまでの磁性体とは異なる機能を持つ素材が生まれ、未来の科学技術において重要な役割を果たすことが期待されています。

まとめと今後の展望

本研究は、「Nature Communications」において発表され、光制御による量子物質の利用の可能性を提唱しました。発振周波数の変調機能など、実用化への道が模索されています。この成果によって、非平衡物質科学の新たな研究分野が広がり、未来の科学への影響が期待されます。

研究チームの共同執筆者には、花井亮准教授（東京科学大学）、大槻太毅准教授（岡山大学）、田財里奈助教（京都大学）が名を連ねています。それぞれの研究分野での専門知識が融合し、新たな理論が生まれました。今後の発展が楽しみです。