【慶應義塾】差動回転によって磁気の流れを生み出す新原理を発見

－磁気回転効果を用いたスピントロニクスデバイスへの応用へ－

日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの船戸匠特定課題推進員（研究当時：慶應義塾大学グローバルリサーチインスティテュート〔スピントロニクス研究開発センター〕特任助教）、日本大学文理学部自然科学研究所の木下俊一郎研究員、京都大学大学院理学研究科の棚橋典大特定准教授（研究当時：中央大学理工学部助教）、中央大学理工学部の中村真教授、中国科学院大学カブリ理論科学研究所の松尾衛准教授らの研究グループは、物質の場所ごとに角速度が異なる「差動回転」から磁気の流れが発生することを理論的に示しました。

約100年前、アインシュタインは「磁気回転効果」を発見しました。この現象は、磁石の磁気量を変化させると磁石が回転運動を起こすもので、磁気と回転が相互に変換可能であることを示しています。この発見は、物質の磁気の起源が「スピン」とよばれる電子の量子力学的な回転にあることを示す記念碑的な成果として知られています。また、これはアインシュタインが自ら実証実験を行った、彼の生涯唯一の実験的発見でもあります。

近年、ナノテクノロジーの進展により、この磁気回転効果が再び注目を集めています。ナノスケールで設計された物質中で、磁気の流れである「スピン流」を生成する方法として利用され、次世代スピンデバイス応用に向けて精力的に研究されています。

これまでの研究では、固体中に音波を注入して局所的な回転運動を誘発したり、液体金属の渦運動を利用することでスピン流を生成したりしてきました。しかし、これらの手法には、水が渦巻くような「渦度」が必要であると考えられていました。

本研究では、回転運動における「渦度」に頼ることなく、単に角速度の違いだけでスピン流を生成できる新たなメカニズムを理論的に示しました。これにより、従来ではスピン流の生成が困難とされていた環境でも、スピン流を作り出す道が拓かれます。この新原理に基づく技術は、これまで以上に多様な材料やデバイスでの応用を可能にし、スピントロニクス分野のさらなる発展に寄与することが期待されます。

本研究成果は、2025年2月6日発行の米国物理学会誌「Physical Review B」に掲載され、注目論文（Editors' Suggestion）に選出されました。

▼全文は本学のプレスリリースをご参照ください。

https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/files/2025/2/10/250210-1.pdf