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光コンピュータなどにも応用可能か

東京大学、光磁石による波面のスイッチング現象を発見

2013年11月25日 19時01分更新

文● 行正和義

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キラル(不斉)構造とは3次元的に回転させても相手に重ならない鏡像関係を指す

 光を当てると磁気が反転する「キラル光磁石」に関する研究で、青色と赤色の光で磁石の状態を変えることで光磁石から出てくる光の波面を可逆的に90度スイッチングする現象が発見された。

発見された光磁石のスイッチング現象、光磁石状態Iと光磁石状態IIは当てる光により可逆性を持つ

 この研究は東京大学・大学院理学系研究科・化学専攻・大越 慎一教授の研究グループによるもので、鉄イオンとニオブイオンをシアノ基で3次元的に架橋したキラル(不斉:3次元的鏡像)構造をもつ物質を世界で初めて合成した。キラル光磁石と呼ばれる物質は初期状態では非磁石状態だが、青い光を当てると相転移を起こして光磁石状態Iと呼ばれる状態となり、この際入射光の半分の波長が物質から出射される。

合成した物質の構造 a単位格子、b非対称ユニット、結晶内のらせん構造(赤線)がcとdで鏡像関係にある

 光磁石状態Iに対して赤い光を与えると光磁石状態IIと呼ばれる状態となり、この際に出射される光は光磁石状態Iとは波面が90度回転する。このような第2高調波(入射光の波長の半分の出射光)の光スイッチング現象はこれまでに報告例がなく、世界で初めての報告例となる。

a:光照射前後の磁化温度曲線、b:光照射前後の磁気ヒステリシス(2K)

 研究結果は国際学術誌「Nature Photonics(ネイチャー・フォトニクス)」で発表される予定。光磁石状態が光のスイッチングとして機能することにより、記録メディアや光通信、センサーなどへの応用が可能とされる。従来の光磁気ディスクが採用する通常磁石のファラデー効果やカー効果が円偏光するのに対し、直線偏光がそのまま90度回転していることから従来以上に利用しやすい光効果と考えられ、光コンピューターなどの応用に期待が持てそうだ。

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