【本学研究者情報】

〇大学院理学研究科物理学専攻　助教　小野淳
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【発表のポイント】

• 物質に二種類の光を照射することで、量子力学的な粒子の運動を起源とする新しいタイプのエコー現象が生じることを理論的に発見しました。
• エコーの波形には、物質の性質を大きく左右するエネルギーバンド構造^（注1）の情報が埋め込まれていることを示しました。
• 光駆動量子ダイナミクスに関する基礎的理解が進展するだけではなく、物質の新たな分光法や極短パルス発生法の原理としての応用も期待されます。

【概要】

山に向かって大声を出すと少し遅れて反射音が聞こえる現象は「やまびこ」として広く知られていますが、このようなエコー現象は物質中においても観測されます。その代表例であるスピンエコー^（注2）は、1950年にアメリカの物理学者Erwin Hahnによって発見され、現在では核磁気共鳴法（NMR）の基礎原理として学術的・産業的に広く応用されています。

東北大学大学院理学研究科の今井 渉平 大学院生、小野 淳 助教らの研究グループは、固体結晶中の量子力学的な粒子の運動を起源とする新しいタイプのエコー現象を理論的に発見しました。解析の結果、エコーの波形は外部から照射する光によって制御することができるだけではなく、物質の電気伝導性や光学的性質等を決定づけるエネルギーバンド構造が反映されることを明らかにしました。これによって、光駆動された量子状態のダイナミクスと制御に関する理解が進展し、新たな分光測定法やフェムト（10^-15）秒からアト（10^-18）秒領域の極短パルス発生法の基礎原理の確立に繋がることが期待されます。

本研究の成果は、アメリカ物理学会が刊行するオープンアクセスジャーナル「Physical Review Research」に11月30日付で掲載されました。

【用語解説】

（注1）エネルギーバンド構造
固体結晶中に存在する電子は規則的に整列した原子核によって散乱され、安定的に存在できるエネルギーはいくつかの帯状（バンド状）の区間に制限される。これをエネルギーバンド構造と呼ぶ。

（注2）スピンエコー
静磁場中のスピン（磁気モーメント）の集団に対して時刻t = 0にスピンを90度倒すようなパルス磁場を印加すると、その後の各スピンの方向（位相）はバラバラになっていく。ここで時刻t = Tにスピンを180度回転させるパルス磁場を印加すると、時刻t = 2Tにおいてスピンの位相が再度揃うことによる信号が観測される。スピンが再収束する様子がエコー（やまびこ）に似ていることから、この現象はスピンエコーと呼ばれる。

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
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E-mail：ono*cmpt.phys.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）