理科の実験でも定番の「磁石」。決して目新しい素材とは呼べず、日常生活では冷蔵庫にメモを貼り付けるぐらいにしか使われていませんが、光でコントロールする磁石が研究されているのはご存じでしょうか？

普段は磁力がないのに、光を当てると磁石に変わる素材が開発され、欲しい場所にだけ強い磁力を生み出すことができるようになりました。この発展型である「キラル光磁石」は光の色によって反射のしかたが変わり、青はそのまま、赤は90度ねじれて反射するフシギな磁石。ハードディスクはもちろん、通信に使われる光ファイバにも応用できるので、コンピュータの仕組みを一変させる可能性を秘めた磁石なのです。

■光を当てると「磁石」になる

磁石と聞いて思いつくのは、SとNの2極がある、種類によって強弱が変わる、鉄は付くがアルミはくっつかない、ぐらいでしょうか、シンプルな素材だけに変化に気づくひとは少ないでしょう。しかし、パソコンやBDレコーダーに利用される「ハードディスク」の正体は高密度な磁石、低消費電力なのに強力な電動工具が登場したのも、ひとえに磁石が進歩しているからです。最近の研究では、光を当てると磁石に変わる「光磁気スイッチング」も誕生しているのです。

ハードディスクの構造を、磁石で例えると、

　・大量の棒磁石を垂直に並べ、円盤(プラッタ)を作る

　・円盤を回転させる

　・棒磁石の上に「ヘッド」と呼ばれる電磁石を近づける

　・ヘッドに電気を流し磁力を発生、棒磁石のSとNを入れ替える

ような構造になっているため、棒磁石をどれだけ小さくできるかが大容量化のカギとなっています。

ところが、磁石が小さくなればヘッドも小型化しなければいけませんし、狙った場所だけ書き換えるのは高い精度が求められ、失敗すればほかのデータが失われてしまいます。対して光磁気スイッチングなら、容易に光を「細く」でき、文字通り光速で照射できるので、ほかの磁石を書き換えてしまうリスクも少なくなります。現在は、磁石の密度とプラッタの枚数を増やす「力ワザ」で容量を増やしていますが、光磁気スイッチングを応用すれば、小型化/大容量化が可能になるのです。

■光をねじる「キラル光磁石」

これを発展させた「キラル光磁石」は磁石になる/ならないだけでなく、鏡のような性質をもち、そのまま反射したり、光を90度ねじって反射させることができるため、光ファイバなどの通信機器を一変させる可能性を秘めています。

人間の目には、光は「まっすぐ」にしか見えませんが、実際は蛇行しながら進み、

　・水平偏波(へんぱ)　…　地面に対して左右に振れる

　・垂直偏波(へんぱ)　…　地面に対して上下に振れる

の2種類があります。この光を90度ねじるようにして、水平/垂直を変換するのもキラル光磁石の特徴で、

　・普段(非磁石の状態)　…　水平偏波を垂直にして反射

これに青い光を当てると、

　・光磁石状態１　…　水平偏波を水平のまま反射

さらに赤い光を照射した光磁石状態2では、もとの水平→垂直変換がおこなわれる、磁石とも鏡とも呼べる物質なのです。

光がねじれたら、どんなメリットがあるのでしょうか？　これに格子状の「スリット」を組み合わせると、水平のスリットには水平偏波だけが、垂直なら垂直偏波だけが通過するので、情報を「仕分け」することができるのです。たとえばインターネットなら、水平は国内、垂直は海外向けと使い分ければ、効率よく伝えることができます。もちろん記録メディアにも応用できるので、Blu-Rayを超える容量も夢ではありません。

いっけん地味な素材の磁石も、いまやホットな話題が持ちきりなので、パソコンやスマホが激変する日を楽しみに待ちましょう。

■まとめ

　・光で制御できる磁石が開発されている

　・実用化されればハードディスクの小型化/大容量化も夢ではない

　・当てる光の色によって反射のしかたが変わる、磁石？鏡？な磁石も開発中

(関口　寿/ガリレオワークス)