筑波大ら，円偏光近接場光学顕微鏡で㎚領域へのスピン注入に成功

筑波大学の研究グループは，産業技術総合研究所，NTTとの共同研究により，円偏光近接場光学顕微鏡を開発し，光を用いてナノメートルスケールの領域へスピン偏極した電子を注入することに世界で初めて成功した（ニュースリリース）。

通常，光は回折現象のために可視光の波長程度の領域（200～300nm）にしか集光できないが，近接場光学顕微鏡によって，可視光領域を越えたナノメートルスケールの領域へ集光することが可能となり，数10nm程度の空間分解能が得られるようになった。しかし，従来の近接場光学顕微鏡では，通常の光ファイバを使うことによる円偏光の乱れ，近接場プローブのわずかな引っぱり歪みやねじれによって，光のスピン（＝円偏光）が不規則な向きに乱されていた。

今回，研究グループが新たに開発した円偏光近接場光学顕微鏡では，集束イオンビームを用いて真円度の高い近接場プローブを作製し，光ファイバの曲がりにより生じる複屈折を外部的に補正した。その結果，円偏光を近接場プローブから安定的に出射することが可能となり，ナノメートルスケールの領域へスピン偏極した電子を注入し，電子が一方向にのみ流れる状態の可視化に成功した。

この円偏光近接場顕微鏡を用いて，半導体材料であるヒ化ガリウムヘテロ接合構造に円偏光を局所的に照射し，試料端に生じる電子が一方向にのみ流れるような状態（カイラル端状態）の分布を調べた。その結果，ヘテロ接合構造試料中に生じる”量子ホールカイラル端状態”に電子スピンの偏極状態の異なる領域があることが，初めて実空間で観察された。

この実験で開発した円偏光近接場光学顕微鏡が，光によってスピン偏極した電子をナノメートル領域に注入可能であることを初めて示した。このことは，例えば，消費電力を極限まで低減させるとされるスピントロニクス素子やトポロジカル素子中のスピン偏極した電子の流れの空間分布の解明を促進し，ひいては，それらの素子の開発に大きく貢献するものだという。

また従来，スピン偏極した電子の注入は走査型トンネル顕微鏡等を用いて超高真空中で行なわれてきた。一方，円偏光近接場光学顕微鏡を用いたナノメートル領域へのスピン偏極した電子の注入では，必ずしも超高真空中に試料を置く必要はない。そのため，光学活性をもつタンパク質や糖類等の生体分子の研究にも広く応用されることが期待されるとしている。