東工大，光励起に高い感受性を示す「光磁石」を発見

東京工業大学の研究グループは，コバルト（Co）とパラジウム（Pd）のごく薄い膜を交互に積層した磁性薄膜が，光励起に対して極めて高い感受性を示す「光磁石」（光により磁性を変えられる材料）候補であることを発見した（ニュースリリース）。

これはパルス光強度 1μJ/cm² （1平方メートル当たり1マイクロジュール）以下の超短レーザーパルス光を用いた光励起磁化才差運動の実験によって見出したもの。

さらに、同研究グループは，電気通信大学，NHK放送技術研究所との共同研究により，類似の磁性薄膜と光ファイバーを一体化した光導波路を用いて，導波路を伝搬するモード光の選択的な偏光変調に成功し，光磁石材料と偏光変調を組み合わせた光信号多重伝送の可能性を切り拓いた。

デジタル情報技術は我々の生活スタイルに多大な影響を及ぼしつつあり，いっそう高速でエネルギー効率の高いデジタル信号の扱い方の研究が盛んになっている。電気電子工学者は半導体チップ上で光デジタル信号を使うことを検討し始めており，固体物理学者はチップ上で電子の電荷に代わって電子のスピン用いたデバイスを研究している。

光は宇宙で最速であり，スピンが磁気シグナルを伝送する際に発生する熱量は，電荷輸送に伴って発生する熱量よりも格段に小さい。しかし，光とスピンを組み合わせようとすると，光とスピンとの間の相互作用は光と電荷との間の相互作用に比べて小さいという問題がある。

研究グループは，電荷とスピンの間の相互作用が大きな物質群に着目。具体的には，スピン安定状態が異なる2種類の物質の接合界面，この場合はCoとPdの界面で発生する電荷のわずかな偏りに基づくスピンに着目した。

超短時間に圧縮した弱い光パルスを試料に照射して，一気に光－電荷－スピン間の相互作用を変調することで，スピンの向き，実際にはスピンが一方向にそろったスピン集団全体の向き（磁化）を変化させることができることを，磁化の才差運動（コマの首振り運動）を観測することで示した。

ところで，通常の実験では，自由空間を伝搬する光ビームを用いて物質と光の間の相互作用を調べることが多い。しかし，光ファイバーなどの導波路内では，干渉の結果，光は強度分布が複雑な多くのモード光に分かれて伝搬する。

したがって，スピンを含む領域をモード光が伝搬する場合，光－スピン間の相互作用が伝搬光全体としてはどのように変調されうるか自明でない。今回の実験結果は，スピンを含む空間位置とそれによって変調されるモード光の間に強い相関が存在することを明らかにしている。

弱い光パルスで磁化の周期的な運動を発生させることができると，その周囲を通過する光デジタル信号の偏光面や群速度を制御できる可能性が拓ける。研究グループでは，光の多重伝送をはじめ，これまでの光回路では着想されなかったデバイス，例えばスピンと光だけで構成する光メモリや遅延再生，などの研究に発展する可能性を秘めているとみており，今後，具体的なデバイス試作が始まると期待している。