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May 13, 2013

強相関電子系

強相関電子系で物質の機能を広げる@理研ニュース


 強相関電子系ではなぜ、交差相関応答が実現するのか。電子は、電荷とともにスピンという地球の自転に似た運動量を持ち、スピンにはアップとダウンの2種類の向きがある。そのスピンの向きがそろうことで物質は磁化を持つ。
 「ある種の強相関電子系に磁場をかけると、電子のスピンがドミノ倒しのように次々と向きがそろいます。すると電子が動きやすくなって電流が流れます。磁場で電流が流れるという普通では見られない応答をするのです。このように強く相互作用する電子の電荷やスピン、さらには軌道を結び付けることで、交差相関応答が実現するのです」

■ 電力をほとんど使わないメモリー

 現在の電子機器は、主に電子の電荷を利用して機能を実現している。例えば、電流が流れるか流れないかを0と1に対応させて情報処理を行う。現在、電荷に加えて、スピンも情報処理に利用しようという“スピントロニクス”の研究が盛んに行われている。

 パソコンなどのハードディスクは、小さな磁石をたくさん並べた構造になっており、それぞれのS極・N極の向き(磁化の向き)が0と1のデジタル情報に対応し、情報を記録している。情報を書き込む際には、コイルに電流を流して磁場を発生させ、磁化の向き(スピンの向き)を反転させている。それにはある程度の電力が必要であり、コイルの電気抵抗により熱が発生してエネルギーが無駄になっている。「磁場ではなく、絶縁体に電圧をかけて電場を発生させ、電流を流すことなく磁化を反転できれば、電力をほとんど使わずに情報を記録することができます」

 電場で磁化を反転させる巨大な交差相関応答をどうすれば実現できるのか。「それには、物質の一方にプラスの電荷、もう一方にマイナスの電荷が偏って分布する分極の性質と、磁石の性質を併せ持つ、“マルチフェロイックス”と呼ばれる物質を利用します」(タイトル図) 例えば、S極にマイナスの電荷、N極にプラスの電荷の偏りを持つマルチフェロイックスを、電極で挟んで電圧をかけて電場を発生させる。その電極のプラスマイナスを入れ替えて電場の向きを変えると、分極のプラスとマイナスの電荷が入れ替わる。そのとき、分極と磁化の結び付きが強く、同時にS極とN極も反転すれば、電場で磁化を反転させること
ができる。

Spinelec


スピントロニクス早く実現するといいなあ。高温超伝導より大きな産業になるかもしれない。そうしたら物理学自体ももっと脚光を浴びるかもしれん。

ノーベル賞効果で生命科学はかなり人々の注目が集まっている。物理学もその地位までは追いついてほしいものだ。


理系離れだと思っていないし、高校物理の履修率の下降なんてどうってことない。でも物理学はいつも輝いていてほしい。人気blogランキング・自然科学にぷちっとな。【押す】≪コメントは応接室にお願いします。≫

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