光学的スピントロニクスの新展開：光誘起Barnett効果の実現

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14420
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 仲田 光樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (20867105)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: マグノン / スピントロニクス / マグノニクス / 磁性絶縁体 / 量子物性 / 光学物性 / 非平衡物性 / 物性理論

研究成果の概要

本研究は反強磁性体およびフェリ磁性体中のマグノン（量子力学的なスピン波）に着目し、マグノンと光（電磁波）との相互作用や、両者の量子力学的類似性を活用することで、「光学的マグノンBarnett効果」「光学的マグノンJosephson効果」「マグノンCasimir効果」等の新たな量子光学物性を明らかにした。電子のもう一つの自由度であるスピンを有効活用し、電荷に基づくエレクトロニクス分野では見落とされていた磁性絶縁体の活用方法を明らかにした本研究成果は、従来のエレクトロニクスを凌駕する省エネルギー技術の開発を目指すスピントロニクス（スピン・エレクトロニクス）の基礎学理の構築に大きく貢献する。

自由記述の分野

物性理論

研究成果の学術的意義や社会的意義

反強磁性体では量子力学的なスピン交換相互作用が支配的となり、高周波のマグノン（スピン波）を励起させる事が可能である。そのため、反強磁性絶縁体中のマグノンの新たな光学物性や量子物性を理論的に明らかにした本研究成果は、超高速スピントロニクスおよび光学的スピントロニクスの基礎学理の構築に貢献し、物質の個性を活かすスピントロニクスと普遍性を追求する量子統計物理学とを紡ぐ架け橋となることが期待される。