【応用先がいっぱい】レーザーでモノを磁石に変える研究が発表される

・非磁性金属ディスクに直線偏光が照射されると、自然に磁気が発生します。

・研究者は、材料特性を「オンデマンド」で作り出すという新しい技術を理論化しているところです。

磁気は電磁力によって発生します。これは、電子などの荷電粒子の運動によって生成されます。磁場中の荷電粒子に作用する力は、主に 3 つの要因 (磁場の強さ、粒子の速度、電荷の大きさ) に依存します。

各材料には、原子の位置によって決まる独自の特性があります。たとえば、金属内の原子の配置によって、金属が絶縁性を示すか導電性を示すかが決まります。しかし、これを自由自在にできるとしたらどうでしょうか？「オンデマンド」で材料特性を作りだせるとしたら？

現在、物理学者の国際チームは、実際にそれを可能にする技術を開発しました。この方法は、レーザー光を使用して原理的に非磁性金属を磁石に変えることができます。電流を循環する直線偏光 （電磁波の振動面が一平面内にある偏光）によって照らされた場合、非磁性の金属ディスクに磁性が自然に発生する可能性があると理論づけられます。

材料の固有特性の変更

研究者は、プラズモン (またはプラズモンによって生成される振動電場) を利用して材料の特性を変更できるかどうかを調査しました。

プラズモンはプラズマ振動の量子です。これは、導電性材料内の電子流体の集合した励起です。光振動では、光は光子で構成されているのと同様に、プラズマ振動はプラズモンで構成されています。

通常、プラズモンは駆動場と同じ方向 (光場の偏光方向など) に移動、振動します。しかし、光照射がかなり強力な場合、非磁性金属ディスク内のプラズモンも自発的にいずれかの方向に回転できることが発見されました。

プラズモンの内部のフィールドは、材料の電子バンド構造とプラズモン自体の両方を変化させ、プラズモンをキラル (化合物とその鏡像が重ねられないように対称) にします。

プラズモンのカイラル運動は磁化を形成し、非鉄金属ディスクに磁性を帯びさせる

この理論の重要な点は、強力なプラズモニック振動電場が材料内の電子のダイナミクスを変更できるということです。実験が実現された場合、このアプローチは、グラフェンなどさまざまな高品なプラズモニック材料をうみ、さらに多くの応用先につながります。

他の研究との違いは？

近年、レーザー光を使用して材料の特性を変更するというアイデアは、多くの科学的注目を集めています。ただし、公開された論文のほとんどは、材料にすでに存在する特性を強化する方法についてでした。

研究はまた、材料が光照射に存在する特性をどのように持つことができるかを示すものでした。一方、今回の新しいアプローチはより高度です。プラズモンは、プラズモンを駆動する光場にも、プラズモンをホストする金属にも存在しなかった新しい特性を獲得します。

この研究は金属のレーザー光と電磁場を活用し、オンデマンドで材料特性を作り出すという新しい扉を開くのです。