科学者が磁石の中に光を閉じ込める

ニューヨーク市立大学 2023 年 8 月 20 日

科学者は、特定の磁性材料内に光を閉じ込めることで、その固有の特性が大幅に向上することを発見しました。 彼らの研究では、強力な励起子を受け入れて光を独立して捕捉できる特定の層状磁石を調べました。 磁気の発生に対するこの材料の光学反応は、通常の磁石の光学反応よりも著しく強力です。

研究者らは、特定の磁性材料に光を閉じ込めることでその特性を大幅に増幅できることを発見し、磁気レーザーのような潜在的なイノベーションや、光学的に制御される磁気メモリに関する新たな視点を提供します。

ニューヨーク市立大学のヴィノッド・M・メノン氏と彼のチームが行った画期的な研究では、磁性材料内に光を閉じ込めることで、その固有の特性が大幅に向上することが明らかになった。 磁石におけるこれらの高度な光学反応は、磁気レーザー、光磁気メモリデバイス、さらには新たな量子変換アプリケーションにおける革新への道を切り開きます。

Nature 誌に 8 月 16 日に掲載された新しい論文で詳しく述べられているように、メノンと彼のチームは、強く結合した励起子、つまり特に強い光相互作用を持つ準粒子を保持する層状磁石の特性を研究しました。 そのため、この素材はそれ自体で光を閉じ込めることができます。 彼らの実験が示すように、磁気現象に対するこの材料の光学的応答は、一般的な磁石の光学的応答よりも数桁強力です。

磁性結晶内に閉じ込められた光は、その磁気光学相互作用を強力に強化することができます。 クレジット: レズリンド・ブシャティ

「光は磁石の中で行ったり来たりするので、相互作用が本当に強化されます」と、この研究の筆頭著者であるフロリアン・ディルンバーガー博士は述べています。 「例を挙げると、外部磁場を適用すると、光の近赤外線反射が大きく変化し、材料の色が基本的に変わります。 これはかなり強力な光磁気反応です。」

「通常、光は磁気にそれほど強く反応しません」とメノン氏は言う。 「これが、磁気光学効果に基づく技術的応用が高感度の光検出スキームの実装を必要とする理由です。」

この進歩が一般の人々にどのような恩恵をもたらすかについて、研究共著者の Jiamin Quan 氏は次のように指摘しました。「今日の磁性材料の技術応用は、主に磁気電気現象に関連しています。 磁気と光の間のこのような強力な相互作用を考えると、私たちはいつか磁気レーザーを作成することを期待できるようになり、光学的に制御される磁気メモリの古い概念を再考する可能性があります。」

参考文献: 「自己混成ポラリトンによって調整されたファンデルワールス磁石の磁気光学」Florian Dirnberger、Jiamin Quan、Rezlind Bushati、Geoffrey M. Diederich、Matthias Florian、Julian Klein、Kseniia Mosina、Zdenek Sofer、Xiaodong Xu、Akashdeep 著Kamra、Francisco J. Garcia-Vidal、Andrea Alù、Vinod M. Menon、2023 年 8 月 16 日、Nature.DOI:10.1038/s41586-023-06275-2

Menon グループの大学院生である Rezlind Bushati も実験作業に貢献しました。

The study conducted in close collaboration with Andrea Alù and his group at CUNY Advanced Science Research Center is the result of a major international collaboration. Experiments conducted at CCNY and ASRC were complemented by measurements taken at the University of WashingtonFounded in 1861, the University of Washington (UW, simply Washington, or informally U-Dub) is a public research university in Seattle, Washington, with additional campuses in Tacoma and Bothell. Classified as an R1 Doctoral Research University classification under the Carnegie Classification of Institutions of Higher Education, UW is a member of the Association of American Universities." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">University of Washington in the group of Prof. Xiaodong Xu by Dr. Geoffrey Diederich. Theoretical support was provided by Dr. Akashdeep Kamra and Prof. Francisco J. Garcia-Vidal from the Universidad Autónoma de Madrid and Dr. Matthias Florian from the University of Michigan. The materials were grown by Prof. Zdenek Sofer and Kseniia Mosina at the UCT Prague and the project was further supported by Dr. Julian Klein at MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT. The work at CCNY was supported through the US Air Force Office of Scientific Research, the National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, the NSF CREST IDEALS center, DARPAFormed in 1958 (as ARPA), the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) is an agency of the United States Department of Defense responsible for the development of emerging technologies for use by the military. DARPA formulates and executes research and development projects to expand the frontiers of technology and science, often beyond immediate U.S. military requirements, by collaborating with academic, industry, and government partners." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"DARPA, and the German Research Foundation./p>