【発表のポイント】

• チタンとマンガンの複合酸化物の光の透過を調べたところ、ある方向から光を入射した場合と逆方向から光を入射した場合で、透過率に差が生じることが分かりました。
• 磁石としての性質を持たない物質でこの効果が見つかったのは初めてのことです。
• 磁石としての性質を持たないほうが表と裏のスイッチに必要な時間が短いため、今回の発見は光学透過率の超高速スイッチの新たな方法に展開される可能性があります。

【概要】

通常の物質では、内部を透過する光の進む向きを逆にしても透過率は変化しません。しかし、キラリティ（注1）と磁化（注2）を併せ持つ物質では、光が進む向きを逆にすると透過率が変化します。この現象を「磁気キラル二色性」（注3）と呼びます。今回、東京大学の佐藤樹大学院生、有馬孝尚教授らのグループは、磁化を持たない物質でも磁気キラル二色性を示す可能性があると考え、実際に、チタンとマンガンの複合酸化物の内部を進む光の透過率を測定し、磁気キラル二色性の存在を明らかにしました。すなわち、この物質には表側と裏側の区別が存在することになります。さらに、電場と磁場をうまく作用させることで表と裏を入れ替えることにも成功しました。

今回の発見は、磁化が全くない物質においても、磁気キラル二色性という一種の磁気光学現象が出現しうることを明確に示すものです。現在のところ、磁気キラル二色性の存在が確認された物質はそれほど多くありません。本研究によって、磁気キラル二色性を探索する物質群の範囲が広がるほか、人工的な磁性超格子の設計指針にも役立つと期待されます。

本研究成果は、米国物理学会学術誌「Physical Review Letters」において、2020年5月27日付けオンライン版に公開されました。編集者の推薦論文にも選ばれています。

【用語解説】

注１）キラリティ／キラル
右手を鏡に映すと、左手のように見えます。このように、鏡に映した前後の姿が、回転するだけでは重ならない性質をキラリティと呼びます。また、その性質を示す形容詞がキラルという用語です。

注２）磁化
物質の中には、磁石としての性質を持つものがあります。原子やイオンにも、磁石としての性質を持つものがあります。さらには、電子も磁石としての性質を持つことが知られています。これらの磁石としての性質を「磁化」と言います。また、この磁石の向きを「磁化の向き」と言います。

注３）磁気キラル二色性
磁化を持っているキラルな物質の内部では、磁化と同じ向きに進む光と、磁化と逆向きに進む光では光の吸収スペクトルが異なることが二十世紀の終わりごろに報告されました。この現象を磁気キラル二色性と言います。

詳細（プレスリリース本文）

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