【本学研究者情報】

〇大学院理学研究科　物理学専攻
准教授　松原正和（まつばらまさかず）
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 数百ナノ（ナノは１０億分の１）メートルの大きさの微小な磁石（ナノ磁石^注１））の中に、電気と磁気を結びつける機能を持つ磁気の渦を実現
• 光の波長が変換される現象を利用して、磁気の渦を非破壊・非接触で直接検出する手法を開拓
• 室温動作する新規ナノデバイスの開発や、物質科学の諸分野にまたがる最先端物質の機能解明に期待

【概要】

近年、電子が持つ小さな磁気の性質（スピン^注２））を積極的に利用するスピントロニクス技術が、低消費電力・高密度なデバイス実現の観点から注目を集めています。この磁気が特殊な配列をするとき、物質中で電気と磁気を結びつける機能が発現することが知られていますが、そのような磁気の配列は室温よりもはるかに低い温度でしか起こらないことが多く、また、それを自然物質で実現する確実な方法論が存在しないという問題がありました。

今回、東北大学大学院理学研究科の松原正和准教授らは、ナノテクノロジーを用い作製した数百ナノメートルの大きさのナノ磁石の中に、電気と磁気を結びつける機能を持つ磁気の渦を実現し、光の波長が変換される非線形光学効果^注３）を利用して、磁気の渦を非破壊・非接触で直接検出する手法を開拓しました（図１）。この成果は、室温動作する新規ナノデバイスの開発に新たな道を拓くだけでなく、磁気を組み込んだサブ波長人工物質（磁性メタマテリアル^注４））を用いた新しい光－電気－磁気融合変換技術の開拓など、物質科学の諸分野にまたがる最先端物質の機能解明や新機能の創出への貢献が期待されます。

本研究成果は、２０２２年４月２０日（米国時間）発行の米国科学雑誌「Applied Physics Letters」に掲載されました。

【用語解説】

注１）ナノ磁石（ナノ磁性体）
数～数百ナノメートルの大きさの磁石（磁性体）をナノ磁石（ナノ磁性体）と呼
ぶ。近年の微細加工技術の進展により、任意の大きさや形状を持つナノ磁石をあ
る程度自由に作製できるようになっている。

注２）（電子）スピン
電子が持つ自転のような性質で、電子スピンは磁気（微小な磁石）を帯びている。
電子スピンは物質の磁性の源である。

注３）非線形光学効果
物質に強い光を照射したときに起きる、光と物質の非線形な（光の電磁場強度に
比例しない）相互作用に由来した光応答のこと。入射光強度の２乗、３乗、・・・
に比例する光学効果を、それぞれ２次、３次、・・・の非線形光学効果と呼ぶ。

注４）メタマテリアル
自然界の物質では不可能な光応答を可能とする、光（電磁波）の波長よりも小さ
な構造を持つサブ波長人工物質のこと。メタマテリアルを使うと、例えば、負の
屈折、完全レンズ、クローキング（透明マント）など、これまで不可能だった新
しい技術の開発が期待されている。

詳細（プレスリリース本文）

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東北大学大学院理学研究科物理学専攻
准教授　松原　正和（まつばら　まさかず）
電話：022-795-6421
E-mail：m-matsubara*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

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E-mail：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）