理研ら,創発電磁場によるインダクタを実証

理化学研究所(理研)と東京大学は,「創発電磁場」と呼ばれる量子力学的な効果によって生じる実効的な電磁場を用いた,新しいインダクタの原理の実証に成功した(ニュースリリース)。

入力電流の時間変化に比例した電場を生じさせる回路素子「インダクタ」は,抵抗,キャパシタ(コンデンサ)に並ぶ三大受動素子として,無線回路や電源回路など身の回りのさまざまな電気機器の電気回路に使われている。

これらの機器を小型化するには,インダクタを微細化する必要があるが,古典電磁気力学の法則に基づいて動作する従来のインダクタはコイルでできていて,微細なコイルを作るには高い技術とコストを要する。また,従来のインダクタでは,インダクタンスの値がコイルの断面積に比例して小さくなることからも,インダクタの微細化は難しいと考えられてきた。

今回,研究グループは,らせん磁気構造などの非共線的な磁気構造が電流で駆動すると,創発電場によってインダクタンスが生じること,また,このインダクタンスの値は従来のインダクタとは異なり,素子を小さくするにつれて増大することを理論的に明らかにした。

さらに,この理論を実証するために,短周期のらせん磁気構造を持つ物質Gd3Ru4Al12(Gd:ガドリニウム,Ru:ルテニウム,Al:アルミニウム)を作製し,インダクタンスを評価した。

その結果,らせん磁気構造が電流駆動するとインダクタンスが生じること,その値は素子を小さくするにつれて増大することが実験的に明らかになった。これらから,創発電磁場によるインダクタがインダクタの微細化に適していることが示された。

この現象は,今回対象とした物質Gd3Ru4Al12に限らず,らせん磁気構造や強磁性磁壁といった非共線的な磁気構造を持つさまざまな磁性体において生じると予想されるという。今後,物質探索を進めていくことで<室温で動作可能な創発インダクタの応用につながるとしている。

さらに,創発インダクタンスの原理では,正と負どちらの値でも取ることができるため,負のインダクタンスを持つインダクタの実現への展開も期待できるという。

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