逆ファラデー効果は、光による磁化の発生や高速制御の原理として知られています。この効果は、次世代の光磁気メモリなどに応用できると期待され、各国で研究が进められています。しかし、その対象物质は、おもにスピンの方向が固定された反强磁性体や弱强磁性体などに限られおり、スピンの向きを変えるために比较的高いエネルギーが必要で、スピンの向きが変わる速度が低いことが问题でした。
国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院工学研究科の岸田英夫教授、東北大学大学院理学研究科の岩井伸一郎教授、天野辰哉特任研究員、大串研也教授、今井良宗准教授、若林裕助教授、中央大学理工学部の米満賢治教授らの研究グループと共に、磁気秩序を持たないキタエフ量子スピン液体物質（α-RuCl3）に光（円偏光）パルスを照射した瞬间、磁化が発生することを発见しました。発生した磁化の大きさは、典型的な反强磁性体の20倍にも达します。また、これまで反强磁性体などで提案されてきた机构よりも约一桁高速な磁化の制御が期待できます。
この成果は米国物理学会の学術誌「Phys. Rev. Research (Letter)」に2022年8月19日にオンライン掲載されました。
● 量子揺らぎで各原子の电子スピンの向きが定まらない“量子スピン液体”物質において、スピンが交互に向いたまま凍結した“スピンの固体”である反強磁性体や弱強磁性体（注1）と同様に、光照射による逆ファラデー効果で磁化が生じることを発见した。
● 量子スピン液体の光照射による逆ファラデー効果の大きさは典型的な反強磁性体（酸化ニッケル）の20倍にも達した。
● 光磁化の発生機構は、従来の反強磁性体（电子スピンの配列によって磁化が発生）とは異なり、d电子（注2）の轨道角运动量が重要な役割を果たすと考えられる。この机构ではスピンを反転する必要がないため、より高速な応答が室温近傍でも期待される。
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（注1）反强磁性体、弱强磁性体
反强磁性体は、局所的（原子や単位格子内）には磁気モーメントを持ちますが、结晶全体としてはそれらが打ち消し合って自発磁化を持ちません。これらの物质は、高温で（热揺らぎによって）磁気モーメントを失いますが、その温度はネール温度（TN）と呼ばれます。反强磁性体としてよく知られている物质には、颁谤2O3、惭苍翱、贵别2O3、狈颈翱などがあります。反强磁性体は、磁気ヘッドの要素部品となるスピンバルブに不可欠な材料です。また、弱强磁性体では、局所的な磁気モーメントが完全には打ち消し合わず、弱い磁化が残ります。弱强磁性体としては顿测贵别翱3, HoFeO3, TmFeO3などが知られています。
（注2）d电子
原子の诲轨道は、轨道角运动量の量子数（方位量子数）が2の轨道であり、s轨道やp轨道に比べ、复雑な异方性を持っています。原子のd轨道は、5重に缩退（波动関数の形が异なるがエネルギーは同一であること）していますが、结晶中ではしばしば、周りの原子の影响によって轨道のエネルギーが変化し、缩退が解けます。ルビーやエメラルドなど迁移金属を含む宝石の色は、この轨道エネルギーの変化によって分裂したd轨道间の光吸収によるものです。
雑誌名：Physical Review Research (Letter)
論文タイトル：Light-induced magnetization driven by interorbital charge motion in the spin-orbit assisted Mott insulator α-RuCl3 (スピン轨道モット絶縁体&补濒辫丑补;-搁耻颁濒3における轨道间电荷移动によって駆动される光诱起磁化)
著者：天野辰也、川上洋平、伊藤弘毅、今野克哉、長谷川慶直、青山拓也、今井良宗、大串研也、竹内勇二朗、若林裕助（東北大理）、後藤貫太、中村优斗、岸田英夫（名大工）、米満賢治（中央大理工）、岩井伸一郎（東北大理）
顿翱滨番号：10.1103/笔丑测蝉搁别惫搁别蝉别补谤肠丑.4.尝032032
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