田財里奈 基础物理学研究所助教、花井亮 東京科学大学准教授、大槻太毅 岡山大学准教授の研究チームは、光を当て、固体中の特定の電子が外へ抜けやすい「出口」を作ることで、通常の物質が従う作用反作用の法則を見かけ上破る「非相反相互作用」を人工的に生み出す方法を理論提案しました。磁性金属二層に適用することで、片方の層では磁化が相手と同じ向きに揃おうとする一方、他方の層では逆向きになろうとし、結果として、二層の磁性金属の磁化が「追いかけっこ」をして自発的に回り続ける状態を誘起できることを予言しました。
热平衡状态にある通常の物质は、一方の物体が他方に力を加えると、他方も同じ大きさで反対向きの力を同时に返すという基本原理である作用反作用の法则に従います。しかし、外部からエネルギーを注ぎ続ける非平衡系では、この法则が実効的に破れた非相反相互作用が现れることがあります。例えば生命系の运动等を扱うアクティブマター分野では、各个体が自らの内蔵するエネルギーを使うことで、个体间に働く相互作用が非相反になる例が数多く知られています。
本研究では、生命系で普遍的に现れるこの现象を固体に适用し、光で适切な条件の电子にエネルギーを注入する状况を设计することで、磁性体中の电子の相互作用を非相反にする方法を理论的に示しました。これにより、一方の层は相手と同じ方向を向きたがり（强磁性的）、他方の层は逆方向を向きたがる（反强磁性的）状况が生まれ、その结果、二层の磁化が「追いかけっこ」し回転运动する状态になることを予言しました。また、光の周波数や强度を调整するだけで回転のオン?オフや速度を制御でき、発振周波数を入力レーザー强度で変えられる周波数変调机への応用も考えられます。
本研究成果は、2025年9月18日に、国際学術誌「Nature Communications」に掲載されました。
