東大，円偏光照射で合金膜のスピン偏極電流を反転

東京大学の研究グループは，シリコン基板表面上に単一原子層のタリウム-鉛（Tl-Pb）合金膜を作成し，そこに室温で円偏光を照射するとスピンの向きのそろった電流が流れること，さらに円偏光の旋光性を反転させるとスピン偏極電流の向きが反転することを世界で初めて観測した（ニュースリリース）。

電子は，電荷だけでなく磁石としての性質（スピン）も持つ。これまでのエレクトロニクスでは電荷の性質が主に利用されてきたが，電子のスピンをも利用するスピントロニクスと呼ばれる分野が未来の技術革新をもたらすとして注目を集めている。

一方，光もスピンの性質を持ち，通信・記録・演算デバイスへの応用が期待されていることから，光のスピンと物質内の電子スピンの相互変換に関する研究が今盛んに行なわれている。

光を電流やスピン流に変換する方法として，円偏光フォトガルバニック効果（CPGE）がある。電子バンドが，上向きスピンと下向きスピンで別れている物質に左回り円偏光を当てると，下向きスピンの電子が上向きスピンの電子バンドに励起される。

そうすると，スピン・運動量固定によって上向きスピンの電子が一方向に流れる。このとき，上向きスピンの電子バンドからは励起が禁止される。逆に，右回り円偏光を当てると今度は上向きスピンの電子バンドから下向きスピンのバンドに電子が励起されて逆向きのスピン偏極電流が流れる。

このように，CPGEは照射する円偏光の左回り・右回り（旋光性）を切り替えるだけで，物質に流れる電子のスピンの向きと流れる方向がスイッチングされる現象。

この効果を大きくするには上・下向きスピンの電子バンドがより大きく左右に分裂していることが必要。そこで研究グループが以前に報告した，1原子層の薄さにもかかわらず巨大なスピン分裂バンドを示す単原子層のTl-Pb合金に対して，近赤外レーザーを照射して検証を行なった。

その結果，√3×√3と4×4という異なる表面構造で，室温で大きなCPGEが観測された。Tl原子またはPb原子だけの単体原子層膜の場合には無視できる程度の信号しか得られなかった。よって，大きなCPGEには，Tl-Pb原子層合金に特有のスピン分裂バンドが不可欠であることが分かった。

研究グループは，大きなCPGE現象が見られたことから，極限まで薄い原子層物質でも光によって電子スピンを操作できる極微オプトスピントロニクスの開拓が期待されるとする。

また学理の面からも，電子が平面に閉じ込められて系の対称性が低下するため，光と電子スピンが相互作用した新奇な現象の観測が期待されるとしている。