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电気素子の微细化が进み、ナノスケールに达すると、开発技术に大きな障壁が立ちはだかります。电子の量子论的な効果が无视できなくなり、これまでの素子が上手く机能しなくなるのです。そこで近年、电子の量子论的な特性である「スピン」を积极的に利用するスピントロニクスが注目されています。

©Naoyuki Sugimoto and Naoto Nagaosa
スピン轨道相互作用下で、电子のスピンが不纯物に当たって弾性散乱され、向きが次々に変っていく様子。ツイスティッドスピンは変化しない。

従来のエレクトロニクスでは、コンピューターの言叶「0?1」を电荷の有无で表现するのに対し、スピントロニクスではスピンの二つの向き「アップ?ダウン」で表现します。

ただし、スピンの向きに「0?1」の情报を担わせるのは、电荷ほど简単な话ではありません。电荷は、胜手に生まれたり消えたりすることのない「保存量」ですが、固体中のスピンの向きは、一般に保存量ではありません。特に、固体中の电子の动きでスピンが影响を受ける「スピン轨道相互作用」によって、スピンの向きが変わってしまうことが知られています。

东京大学大学院工学系研究科の永长直人教授と理化学研究所强相関量子科学グループの杉本直之特别研究员は、スピン轨道相互作用の下でもスピンの情报が保たれていることを理论的に発见し、数値计算で确认しました。

彼らは、スピン轨道相互作用を「复数种の磁场」として表现することで、スピン轨道相互作用下でも変わらない「ツイスティッドスピン」という新しい保存量が存在することを発见しました。スピン自体は保存量ではないものの、その情报はツイスティッドスピンに含まれており、スピン轨道相互作用をゆっくりと（断热的に）弱くすると、元のスピンの方向も缓やかに復元されることが分かりました。

复数种の场の下での保存量に関する今回の発见は、スピントロニクスを用いた次世代デバイスの実用化に近づく大きな一歩であると共に、量子の世界の电子状态を记述する量子场の理论においても重要な成果です。

（東京大学本部広報室 南崎 梓， ユアン?マッカイ）

论文情报

Naoyuki Sugimoto and Nagaosa Naoto,
“Spin-orbit echo,”
Science [336] (2012): [1413-1416], Online Edition: 2012/6/15 (Japan time),　doi: 10.1126/science.1217346