【本学研究者情報】

〇材料科学高等研究所　教授　齊藤英治
研究室ウェブサイト

〇金属材料研究所　教授　藤田全基
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• トリプロンと呼ばれる準粒子がスピン流を伝搬することを実証した。
• スピンが二個ずつ強く結合した状態（ダイマー状態）における相互作用によってスピン流が伝搬されることがわかった。
• スピン流を活用できる物質がさらに拡張され、スピントロニクスの研究にさらに促進されることが期待される。

【概要】

東北大学金属材料研究所のYao Chen博士課程学生（当時）と、東京大学大学院工学系研究科／東北大学材料科学高等研究所の齊藤英治 教授らを中心とする研究グループは、茨城大学大学院理工学研究科理学野の佐藤正寛 准教授、東京大学大学院総合文化研究科の塩見雄毅 准教授、東北大学金属材料研究所の藤田全基 教授、南部雄亮 准教授、Yifei Tang博士課程学生、岩手大学理工学部の大柳洸一 助教、東京大学物性研究所益田隆嗣 准教授らと共同で、トリプロンと呼ばれる準粒子（注1）がスピン流(注2)を伝搬することを実証しました。

電子の磁気的な性質である「スピン」の流れをスピン流と呼びます。スピン流は電子の電荷の流れである電流と対比され、電流では不可能であった省電力による情報伝達や情報処理、エネルギー変換などに利用できるため、次世代のエレクトロニクスの候補「スピントロニクス（注3）」の重要な要素と期待されています。従来、スピン流はその磁気的な性質から金属や磁石などが主な研究対象とされてきましたが、近年、磁気秩序を持たない「量子スピン系（注4）」と呼ばれる物質群において従来と全く異なるスピン流の存在が明らかになってきました。

「量子スピン系」と呼ばれる物質群の中の「ダイマースピン系（注5）」と呼ばれる物質群において、トリプロンがスピン流の担い手となることがわかりました。本研究によって、スピン流を活用できる物質がさらに拡張され、スピントロニクスの研究にさらに促進されることが期待されます。

本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Communications」に2021年8月31日午前10時（英国時間）にオンライン掲載されました。

【用語解説】

注１）準粒子
物質の内部で生じる物理量の変化（揺らぎ）が、物質中で粒子のようにふるまう現象のこと。結晶を構成する原子の位置の揺らぎに対応したフォノン、磁石を構成するスピンの揺らぎに対応したマグノンなど様々なものがあり、トリプロンも準粒子の一つ。

注２）スピン流
電子の磁気的性質である「スピン」の流れのこと。

注３）スピントロニクス
電子の磁気的性質であるスピンを利用して動作する全く新しい電子素子（トランジスタやダイオードなど）を研究開発する分野のこと。

注４）量子スピン系
スピンのもつ量子力学的な特徴（ゆらぎなど）が顕著に表れる系であり、物質中で生じる量子力学のもつ不思議な性質を調べるのに適した系とされている。

注５）ダイマースピン系
磁気的な相互作用の強弱が交代することによって、スピンが２個ずつ強く結合するダイマー状態(スピン対)と呼ばれる状態をとる系のこと。

詳細（プレスリリース本文）

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