早大、物質中の創発磁気モノポールに起こる集団振動現象を理論的に発見

研究の結果、THzから数百GHzの周波数帯に3つの固有の周波数を持った特徴的な振動パターン(固有振動モード)が存在することが発見され、それぞれL1、L2、L3と命名された。さらに詳しく調べた結果、それらの振動パターンでは、D弦の上端と下端についているHHとAHHが同位相で振動しているため、同弦が上下に振動する並進振動が実現していることが判明。D弦の並進振動が意味するのは、光を照射されたHH格子では、無数のナノサイズの棒磁石が数百GHzの高速でそのような振動運動を起こしていることになるという。

さらに、3つの振動パターンのうち、L2モードはD弦Bの振動に、L3モードは同弦Aの振動に対応していることが発見された。その結果、磁場をかけることでHHとAHHの対消滅が起きてD弦が消える場合、Bの場合にはL2モードが消失し、Aが消える場合にはL3モードが消失する。このことは、これらの振動モードや、誘起される創発電場のオン・オフ、モードと同じ周波数を持つ光やMWが透過するか・しないかを外部磁場によって切り替えられることを意味しているとする。これは物性現象としてだけでなく、エレクトロニクス応用の観点からも重要な発見だという。

今回の研究ではまず、HH格子が実現している金属磁性体を記述するために、磁性体を構成する原子上の磁気モーメントと、それらの間に働く相互作用を媒介する伝導電子を考慮した数理モデル「近藤格子モデル」が構築された。そして、磁化の運動を記述する方程式を用いて同モデルを解析することで、HH格子に光やMWを照射した時に期待される特異な集団運動や振動現象の様子や性質が調べられたとした。

なお今回の研究成果には、基礎科学の観点からの波及効果が期待されると同時に、高い技術応用上の意義もあるとしている。
（波留久泉）