研究チームでは、この模型の電磁波印加時の振る舞いを理論的に調べるため、光による直流スピン流の整流現象についての検討を実施。その結果、ギガヘルツからテラヘルツ領域の周波数をもつ電磁波を印加することで、マグノンが特定の方向に流れ、直流スピン流の整流効果が生じることが発見されたとする。また、この整流効果によって生じるスピン流の強度がこれまでの研究より約2桁大きくなることも確認されたという。
この光誘起スピン流は、物質の中心から両端に向けて流れる拡散的なスピン流とは定性的に異なる振る舞いを示すほか、照射電磁波の磁場成分と磁石の磁気モーメントを垂直にした直線偏光で生じる現象だという。直線偏光で整流できることは、円偏光の場合と異なり、特別に電磁波の偏光を調整する必要がないことを意味するほか、この整流的な振る舞いと偏光の調整が不要な点は太陽電池と共通しており、この整流現象は太陽電池のスピン流版ともいえるという。
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(左)スピンポンプによる拡散的スピン流。(右)整流効果によるスピン流 (出所:プレスリリースPDF)
これまでの研究では、光によって磁性体を制御する場合、光と磁性体の間の角運動量のやり取りを伴う「磁気共鳴」の使用が一般的とされ、特にマグノンのスピン流の生成には、光の角運動量をマグノンに渡すために円偏光が必要とされてきた。テラヘルツ帯域のレーザー科学は近年大きく発展しているものの、可視光や赤外領域のレーザーに比べると技術的困難が存在し、中でも円偏光の生成は困難とされている。そのため、偏光を調整することなくスピン流を整流できることは、実証における技術的なハードルが低いことが示されているという。
なお、今回の研究成果は、絶縁体スピントロニクスにおける新しいスピン流の高速生成方法の提案と見なすこともできると研究チームでは説明しており、光によるスピントロニクス分野に新しい視点を与え、それを大きく発展させることが期待されるとするほか、今回の発見はスピン流版シフト電流といえるともしており、それはシフト電流のメカニズムが太陽電池以外にも多彩な現象を生み出すことを示唆するものであり、非線形応答の理論研究に新たな展開をもたらす可能性があるとしている。
