東京大学の研究グループは，時間反転対称性の破れた反強磁性体で生じる新たな非相反光学現象，電場誘起方向二色性の観測に成功した（ニュースリリース）。
反強磁性体とは，物質内のミクロな磁化を担う磁気モーメントが互いに打ち消し合い，全体として磁化がゼロになる磁性体。このため，磁化を有する強磁性体に比べて，情報の読み書きが困難であるとされてきた。
しかし近年，磁気モーメントの配列から生じる対称性の破れによって，反強磁性体が特異な物理現象を示すことがわかってきた。特に，時間反転対称性が破れた反強磁性体では，異常ホール効果など従来は強磁性体特有のものと考えられていた現象が発現することから，次世代メモリなどに向けた応用の観点からも注目を集めている。
今回の研究で着目したのは，時間反転対称性が破れた反強磁性体の一種であるコバルトケイ酸塩（Co2SiO4）。この物質は，磁気トロイダルモノポールという特殊な磁気的配列によって特徴づけられる。
磁気トロイダルモノポールは，スピンの渦状配列に対応するトロイダルモーメントが，さらに湧き出すように配列した状態に対応する物理量であり，時間反転対称性を破る性質を持つ。しかし，その実験的な観測はこれまで報告がなかった。
研究グループは，磁気トロイダルモノポールを持つ物質においては，電場を加えると，印加電場と平行にトロイダルモーメントが誘起できることに着目した。
トロイダルモーメントを内包する物質において，方向二色性という非相反光学現象が発現することが知られており，そこで研究グループは，磁気トロイダルモノポールを持つコバルトケイ酸塩においては，光の吸収が電場の印加によって変化する電場誘起方向二色性という新しい光学現象が生じることを予測した。
そこでコバルトケイ酸塩の単結晶を用いた実験を行なった結果，光の吸収率が電場によって明確に変化することを実証した。
さらに，研究グループは，この電場誘起方向二色性を利用して，物質内部の磁区構造を可視化することにも成功した。反強磁性体の磁区構造の可視化は，従来の方法では難しいとされており，今回の成果は反強磁性体の内部構造をより詳細に理解することにつながる。
また，磁場を印加することで磁区構造の反転が生じる様子も確認されており，これがひずみと磁場と反強磁性秩序の三重結合によるものであることを示唆する結果が得られた。
研究グループは，この研究は，反強磁性体における新たな光学特性を解明し，スピントロニクスなどの分野における，反強磁性体を用いた応用研究の発展にも貢献することが期待されるとしている。
