【本学研究者情報】

〇学際科学フロンティア研究所　新領域創成研究部　助教　山根結太
研究者ウェブサイト

【発表のポイント】

• スピントロニクス技術を利用した、新しいインダクタ原理を提案
• 従来のコイルや磁気構造のような「ねじれ」の必要ない「普遍的な磁性材料」でインダクタ機能が発現
• 従来技術では難しい小型素子や、機械動作部品を用いない可変インダクタへ繋がる基礎理論を確立

【概要】

インダクタ^＊１は、抵抗やキャパシタと並んで、様々な電子機器で幅広く利用される電気回路の基本要素です。通常インダクタは、ねじれた導線（コイル）で実現され、導線を流れる「電流の時間変化」を「起電力」に変換する機能（インダクタンス）を示します。ごく最近、量子現象に基づく「創発インダクタ」が提案・実証され、コイルに基づく従来技術が抱える原理的な制限（インダクタンスの大きさのコイルサイズ依存性等）を克服する試みが始まりました。ここでは、らせん磁性金属という、ねじれた磁気をもつ特殊な材料が用いられていました。

東北大学学際科学フロンティア研究所の山根結太助教、電気通信研究所の深見俊輔教授、日本原子力研究開発機構の家田淳一研究主幹は、量子相対論効果である「スピン軌道相互作用^＊２」により、創発インダクタ機能が、より普遍的な（空間的に一様な磁気構造を持つ）磁性材料で生じることを理論的に明らかにしました。本成果により、創発インダクタは特殊な材料、狭い温度・周波数帯に限られた機能ではなく、様々な材料系で出現しうるものであることが明らかになり、量子現象による電力制御などへの展開も期待されます。また、本原理によれば、ゲート電圧によってスピン軌道相互作用を制御することで、従来のコイルインダクタでは必要な機械動作部品を用いない可変インダクタへの展望も開けます。今後、この原理の実証研究を推し進めることで、電子スピンを介したエネルギー変換現象に基づく、次世代の基盤量子技術の開発が切り開かれていくものと期待されます。

本研究成果は2022年4月7日付（米国時間）で、米国物理学会誌「Physical Review Letters」にてオンライン公開されました。

【用語解説】

＊１　インダクタ
「時間変化する電流」を「起電力」に変換する回路素子。抵抗、キャパシタと並び三大受動素子の一つ。電流の急激な変化を抑制する働きをすることから、電源回路や高周波フィルタ、変圧器等に幅広く利用される。現在普及しているインダクタは全て、ねじれた導線（コイル）を利用しており、その動作原理は１９世紀に発見された電磁誘導の法則に基づく。

＊２　スピン軌道相互作用
電子は「電気」の担い手であると同時に、それ自身がミクロな「磁石」でもある(スピン磁気モーメント)。スピン軌道相互作用とは、電子の持つスピン磁気モーメントと、その電子の軌道運動とを結びつけるものである。スピン軌道相互作用の起源は、電子自身の軌道運動（軌道電流）が作り出す磁場が、電子のスピン磁気モーメントに作用するものとして理解できる。物質中での具体的なスピン軌道相互作用は様々な形をとるが、本研究では特に空間反転対称性の破れに起因するものを考える。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

〇研究に関すること
東北大学 学際科学フロンティア研究所
助教　山根結太
電話　022-217-5555
E-mail　yuta.yamane.e8*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

〇報道に関すること
東北大学 学際科学フロンティア研究所
企画部 特任准教授 藤原英明
電話　022-795-5259
E-mail　hideaki*fris.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）