ヘルムホルツ・ドレスデン・ロッセンドール研究所（HZDR）の科学者チームは、磁気波を用いた最小限のエネルギーで、極小の磁気渦内部にこれまで確認されていなかった「フロケ状態」を発見した。従来の仮説を覆すこの発見は、エレクトロニクス、スピントロニクス、量子技術をつなぐ架け橋となる可能性がある。研究成果は学術誌「サイエンス」に掲載された。
ヘルムホルツ・ドレスデン・ロッセンドール研究所（HZDR）の研究者らは、ニッケル鉄合金などの素材で作られた極薄ディスク内の磁気渦に、「フロケ状態」と呼ばれる特異な振動パターンを特定した。このディスクは直径が数マイクロメートルから数百ナノメートルと極めて小さく、磁気モーメントが小さなコンパスの針のように円状に整列し、渦を形成している。これらの構造を刺激すると、「マグノン」と呼ばれる波のような集団励起が発生する。マグノンは電荷の移動を伴わずに情報を伝達できるため、次世代コンピューティング技術として期待されている。HZDRのイオンビーム物理・材料研究所でプロジェクトリーダーを務めるヘルムート・シュルタイス博士は、「これらのマグノンは、電荷の移動を必要とせずに磁石を通じて情報を伝送できる」と指摘する。研究チームはニューロモーフィック・コンピューティングへの応用を検討するためにディスクを数百ナノメートルのサイズまで縮小したが、単一の共鳴信号ではなく、密接に並んだ周波数コム（周波数の櫛）を観測した。シュルタイス博士は「最初は測定上のアーティファクトか何らかの干渉だと考えたが、実験を繰り返しても同じ現象が現れた」と振り返る。この現象は、マグノンが渦の中心核を活性化させ、それが小さな円を描きながら周期的に磁気状態を変化させることで発生する。このコムはわずか数マイクロワットの電力で生成され、これは待機中のスマートフォンよりもはるかに少ないエネルギーである。強力なレーザーパルスを必要とする従来の手法とは異なり、この手法は緩やかな磁気波を利用する。シュルタイス博士は、これをUSBポートのような「ユニバーサルアダプター」に例え、テラヘルツ信号をエレクトロニクスや量子デバイスと同期させる可能性を示唆した。クリストファー・ハインツ氏らによる本研究の詳細は学術誌「サイエンス」（DOI: 10.1126/science.adq9891）に掲載されており、解析にはHZDRのプログラム「Labmule」が使用された。研究チームは今後、エレクトロニクス、スピントロニクス、量子情報技術を相互接続するため、他の磁気構造への応用を模索する予定である。
