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【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　准教授　新居阳一

【発表のポイント】

• ナノメートルスケール（ナノは10億分の1）に加工した磁性材料を用いて表面弾性波（Surface Acoustic Wave：SAW）^（注１）の新しい伝播现象を発见しました。
• 本现象は、磁性体と表面弾性波の角运动量^（注２）に起因した効果であることを明らかにしました。
• 表面弾性波を利用した音响スイッチや高性能フィルターなど新しい通信技术につながることが期待されます。

【概要】

表面弾性波（厂础奥）は物质表面を伝わる音波であり、周波数フィルターやセンサーなど、现代の通信を支える基盘技术として広く利用されています。その性能向上や新たな性质の开拓は、次世代通信技术や情报処理デバイスの进化に直结する重要な课题です。

今回、东北大学金属材料研究所の新居阳一准教授と小野瀬佳文教授、日本原子力研究开発机构原子力科学研究所先端基础研究センターの山本慧研究副主干、理化学研究所创発物性科学研究センターの前川禎通客员主管研究员らからなる共同研究グループは、表面弾性波が磁性材料で作製した回折格子^（注３）を通过する际に、非相反回折^（注４）と呼ばれる特殊な回折现象を生じることを発见しました。これは通常の回折现象では见られない非対称な回折が生じるもので、これまで光学分野でしか観测されていませんでした。本成果を発展させると、磁场によって表面弾性波の曲がる方向を変えられるようになるため、例えば音响スイッチやこれを用いた高性能な表面弾性波フィルターなどへの応用が期待されます。

本研究成果は、2025年1月14日（米国東部時間）に米国物理学会のPhysical Review Letters誌に掲載されました。

【用语解説】

注1. 表面弾性波（Surface Acoustic Wave：SAW）
异なる媒体の界面に局在して伝搬する波のことを表面波といいます。なかでも物质の表面に沿って伝搬する音波を表面弾性波と呼びます。表面弾性波は、表面の原子が回転运动をしながら伝わるという顕着な性质を持っています。またこれを利用したデバイスに表面弾性波フィルターが知られており、一般の携帯电话には复数个実装されています。これは圧电体表面に微细な电极を作製したもので、特定の周波数の电気信号だけが効率よく音波に変换されます。これを利用することで不要な周波数の电気信号を除去する周波数フィルターとして働きます。

注2. 角運動量
物体が回転运动しているとき、その回転の度合いを表す物理量を角运动量といいます。古典的な波动である音波や光においても、変位や偏光の回転モードから角运动量が现れることがあります。また磁性体中では、スピン角运动量と呼ばれる角运动量があります。したがって磁性体などに音波や光が照射されると、音波や光の角运动量と磁性体のスピン角运动量が相互作用することでさまざまな现象が生じます。

注3. 回折格子
回折とは、光や音波などの波が障害物や狭い隙间を通过するときに、回り込んで広がる现象を指します。回折格子は、波の波长に近い间隔で作られた周期的な构造体で、そこで回折した波同士が干渉すると特定の方向に强い波が现れます。この性质を利用した回折格子は、波の波长やエネルギーを调べることができる光学素子として広く使われています。

注4. 非相反回折
非相反性とは、ある方向に伝搬する波と180度反対方向に伝搬する波が异なる性质を持つことをいい、一种のダイオード现象のことです。この回折版である非相反回折は、回折方向の正负で异なる性质を持つことを指します。より正确には、回折波と入射波の差である散乱ベクトルの符号によって性质の异なる振る舞いのことで、通常の回折现象では生じません。

【论文情报】

タイトル：Observation of Nonreciprocal Diffraction of Surface Acoustic Wave
著者：Yoichi Nii*, Kei Yamamoto, Masaki Kanno, Sadamichi Maekawa, Yoshinori Onose
*责任着者：东北大学金属材料研究所　准教授　新居阳一
掲載誌：Physical Review Letters
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详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所
准教授　新居　阳一
TEL: 022-215-2044
Email: yoichi.nii.c1*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学金属材料研究所
情报企画室広报班
TEL: 022-215-2144
Email: press.imr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）