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近藤効果を動作原理にもつ光磁気デバイス材料の開発

分野
磁性材料
キーワード
近藤効果、光磁気デバイス
工学部 電気工学科

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研究概要

 近藤効果とは希土類金属間化合物で古くから知られている物理現象で、温度の低下と共に希土類元素のもつスピンと伝導キャリアのもつスピンが、お互いの磁性を打ち消し合うようにペアを組む現象である。したがって、温度の低下と共に磁性状態から非磁性状態に移り変わる。我々はこの近藤効果を光で制御して、磁性・非磁性状態のスイッチングができないかと着想した。現在、光誘起近藤効果を提案し、それを発現する磁性材料の開発を行っている。光誘起近藤効果の概念図を図1に示す。希土類(いまの場合セリウム:Ce)を含んだ半導体を用意する。この状態では磁性状態であるが、、半導体のバンドギャップより大きな光子エネルギーをもつ光を照射してやると、伝導キャリアをドーピングすることが可能である。もしこのとき近藤効果が発現すれば非磁性状態となる。この光誘起近藤効果を利用すれば、新奇な光磁気デバイスに応用できると期待される。現状、CeZn3P3(結晶構造を図2に示す)という希土類半導体で、光誘起近藤効果が発現している可能性を見出した。さらに、CeZn3P3の薄膜化や光誘起近藤効果を示す他物質の開発も行っている。

図1:光誘起近藤効果の概念図

図2:CeZn3P3の結晶構造

参考文献

“Photoinduced Kondo effect in CeZn3P3” J. Kitagawa, D. Kitajima, K. Shimokawa, and H. Takaki,
Physical Review B 93 (2016) 035122.

利点・特徴
  • 既存の光磁気記録デバイスでは、光の熱効果を利用して磁性・非磁性状態を光制御しているが、光誘起近藤効果では光の熱効果を用いていないため、省電力化が期待される
  • 磁性状態だけでなく、電気抵抗率も大きく変化するため、多機能デバイスになると期待される
  • 近藤効果の基底状態は量子エンタングル状態にあり、これを光制御できることから、量子情報デバイスにも応用できる
応用分野
  • 磁気光学デバイス
  • 量子情報デバイス
  • テラヘルツデバイス

{yahoojp} {fit.ac.jp} nt07-myp01-wl-254