スピンを「波」として扱う

これまでコンピューターは電子の「電荷」を使って動いてきました。しかし電子にはもう一つ「スピン」という磁石のような性質があり、それを活用しないのはもったいない、と考えられて生まれたのが「スピントロニクス」です。

私の研究の特徴は、このスピンを単なる「上か下か」で使うのではなく、「波」として扱う点にあります。波は重ね合わせや干渉など複雑で並列的な性質を持ちます。もし情報処理に波の特性を取り入れれば、多数の計算を並列にこなし、消費電力も大幅に抑えられる可能性があります。これは車が一列に進む従来の情報処理方式ではなく、高速道路のように多くの車が同時に流れるイメージに近いものになります。

波を長く保つ方法を発見

ただし、この発想を実現するには多くの課題がありました。スピンの波は壊れやすく、材料の中で伝わるうちに消えてしまうことが頻繁にあったのです。「どうしたら壊れにくい波を作れるのか？」という問いに挑む中で、私たちは半導体における「スピン軌道相互作用」を巧みに調整することで、波を長く保つ方法を発見しました。これは永久スピン旋回状態と呼ばれ、電子スピンがまるで舞踏会でワルツを踊るかのように一斉に回転しながら伝わる様子になります。

光の特性を電子に応用

さらに、この研究は「光」との接点を持っています。光も波として干渉や重ね合わせを示しますが、その原理を電子に応用すれば、光と電子をつなぐ新しい翻訳者のような技術が生まれるかもしれません。

もし実用化が進めば、膨大なデータをより少ないエネルギーで処理でき、未来のスーパーコンピューターや通信ネットワークを大きく変えるでしょう。日常的に使うスマホやインターネットを支える基盤技術が、実は電子の小さなスピンから生まれると考えると、目に見えない世界を探究する面白さを感じてもらえるのではないでしょうか。