超高密度記録を生む「光スイッチング磁石」

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流行りモノから新技術まで! 5分でわかる最新キーワード解説

超高密度記録を生む「光スイッチング磁石」

2014/01/08


 日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。今回のテーマは、赤と青のレーザ光を当てると光の「波面」の角度が変わる「光磁石」によるスイッチング技術。東京大学の大越慎一教授らのグループが世界で初めて開発した「キラル構造」をもつ光磁石材料により、1平方インチ当たりで数十TBの記録が可能な光磁気素子が誕生するかもしれません!

未定

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「光スイッチング磁石」とは

 光によって磁性の状態を変える「光磁石」研究の中で発見された、光によって磁性の状態を変える物質のこと。熱も磁場も電流も用いない光スイッチングに成功したことで、光磁気記録デバイスや光センサ、光コンピュータ、光通信などへの応用が期待されている。

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始まりは「光磁石」から

 「光磁石」はレーザ光を当てるだけで常磁性体から強磁性体へと変化する物質のことだ。 これまで光記録方式として光磁気ディスク(MO)やブルーレイディスクなどが用いられてきたが、これらは全部、レーザ光を材料に照射して、光吸収による熱を利用して材料の結晶状態を変化させる方法だった。青色レーザの使用やレーザ光の絞り込みなどの技術により、市販ブルーレイディスクでは19.5Gbit/平方インチという高密度記録が可能になっているが、熱を用いるこれまでの技術ではさらに次世代の飛躍的な記録密度向上ができない壁にぶつかっている。
 そこでまったく新しい光磁気記録技術の研究開発が続けられているが、中でも光磁石は、その課題解決の有望な方法だ。特長は、熱ではなく、磁場でもなく、光そのものによって磁性の変化を生む点だ。記録や書き換えのためのレーザ強度が小さくて済み(=消費電力が少ない)、現在よりもはるかに高密度な情報記録ができる可能性がある。

■光磁石材料で発見された「光スイッチング」現象

 これまで開発されてきた光磁石の材料(光磁性体)は、レーザ光によって物質に電荷移動を引き起こすことで物質が持つスピンの状態を変化させ、一定方向にスピンを揃えることで磁気を生じさせるメカニズムをもっていた。一方、今回の研究では電荷移動ではなく、レーザ光によって物質のイオンのスピン状態を直接変化させる方法に挑んだ。
 以前から金属イオンに配位子と呼ばれる分子やイオンが結合した「錯体」には、光や温度、圧力により「スピンクロスオーバ」と呼ばれる現象がおき、物質の磁気的性質を変える(イオンのスピンが低スピン状態と高スピン状態との間を行き来する)ことができることがわかっている。その物性を示す錯体として様々なものが合成されてきたが、このたび大越氏らが開発に成功したのは、「オクタシアノニオブ酸鉄(II)ブロモピリジン」という物質で、これは「キラル構造(不斉構造)」と呼ばれる3次元構造をとるものだ(図1)。

図1 開発された光磁石の「キラル構造」のイメージ
図1 開発された光磁石の「キラル構造」のイメージ
資料提供:東京大学

 研究グループはこの物質にレーザ光を当てて物性変化の状態を見た。すると、波長473nmの青色レーザ光を当てると磁性を持つ光磁石(15K=-258℃の磁気相転移温度、保磁力3000エルステッド/一般的なフェライト磁石の保磁力と同程度)になり、その状態でさらに波長785nmの赤色レーザ光を当てると磁性の強さが変化する(12K=-255℃の磁気相転移温度、保磁力2100エルステッド)ことがわかった。
 さらにまた波長473nmの青色光を当てると強い磁力の状態に戻り、青色と赤色のレーザ光を交互に当てると、強い磁力の状態から弱い磁力の状態に繰り返し変化させることができた(図2)。こうした実験と分析により、照射するレーザ光の波長により、スピンクロスオーバ現象が生じて磁力の状態が変化していることが確認された。このようなキラル構造の物質での光スピンクロスオーバ現象はこれまで報告されておらず、これが世界初の発見だ。

図2 波長の違うレーザ光照射による光磁性の制御
図2 波長の違うレーザ光照射による光磁性の制御
資料提供:東京大学

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