メタ分子を用いてマイクロ波のマジックミラー効果を室温で実現

―新奇キメラ準粒子「磁気カイラルポラリトン」の巨大な人工移動媒質効果が鍵―

2026年3月17日 15:00

研究者情報

〇高度教養教育・学生支援機構（理学研究科物理学専攻）　准教授　冨田知志
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発表のポイント

磁気カイラルメタ分子^（注１）を用いて、マイクロ波の一方向透過（マジックミラー効果）^（注２）を室温で実証しました。
新奇キメラ準粒子^（注３）「磁気カイラルポラリトン」^（注４）の巨大な人工移動媒質効果がマジックミラー効果の起源となっています。
大きな共振器不要の自己完結型プラットフォームにより、空中でそのまま使う応用が期待されます。

発表概要

現代社会で情報の処理や通信を支える電子デバイスの機能は、電子に影響を及ぼす物質中の様々な準粒子―粒子のように振舞う量子力学的存在―に由来します。その中でも近年、磁石での準粒子（マグノン）と携帯電話で用いられるマイクロ波など電磁波（光子）が結合したハイブリッド準粒子を介した、マイクロ波の一方向透過（マジックミラー効果）が通信の分野で注目されています。しかしながら、これまでは低温や大型の共振器や複雑な構造を必要とする場合が多く、室温動作、小型化、自由空間での応用には課題がありました。
東北大学大学院理学研究科の三田健太郎大学院生、同大学高度教養教育・学生支援機構の児玉俊之特任助教（高等研究機構兼務、JST創発研究者）と冨田知志准教授（大学院理学研究科兼務）らは、京都大学大学院工学研究科の中西俊博講師、京都工芸繊維大学電気電子工学系の上田哲也教授、山形大学理工学研究科の千葉貴裕准教授（東北大学大学院工学研究科兼務）らとの共同研究により、コンパクトな磁気カイラルメタ分子を設計・作製しました。この単一メタ分子のマイクロ波透過測定で一方向透過を室温で観測し、新奇キメラ準粒子「磁気カイラルポラリトン」の巨大な人工移動媒質が鍵を握っていることを明らかにしました。
本成果は3月16日、米国物理学会の学術誌Physical Review Bの速報版（Letter）に掲載されました。



図1. 磁気カイラルメタ分子の写真と模式図と実験結果。大きく分裂した磁気カイラルポラリトンで表裏の透過率が異なること、つまり赤と青の線があることが、マイクロ波の一方向透過（マジックミラー効果）を示している。

用語解説

注1. メタ分子
天然物質では困難な物性を実現することができる人工構造物質。
注2. 一方向透過（マジックミラー効果）
表から見た場合と裏から見た場合で、物質の透過率や屈折率が著しく異なる現象。
注3. 準粒子
物質中で粒子のように振舞い、電子に影響を及ぼす量子力学的存在。このほかにも、光子、マグノン、ポラリトン、プラズモン、スキルミオン、フェロンなどの（複合）準粒子が知られている。
注4. 磁気カイラルポラリトン
磁石の中の電子のスピンの波（マグノンと呼ばれる準粒子）が、銅らせん構造でのマイクロ波光子と結合した状態（ポラリトン）の複合準粒子。

論文情報

タイトル：Microwave one-way transparency by large synthetic motion of magnetochiral polaritons in metamolecules
著者：Kentaro Mita, Toshiyuki Kodama, Toshihiro Nakanishi, Tetsuya Ueda, Kei Sawada, Takahiro Chiba, Satoshi Tomita*
*責任著者：東北大学高度教養教育・学生支援機構（兼務：大学院理学研究科物理学専攻）　准教授　冨田知志
掲載誌：Physical Review B
DOI：https://doi.org/10.1103/qlg7-ygq8

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学　高度教養教育・学生支援機構
准教授　冨田　知志
TEL:022-795-7667
Email: tomita*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学　教育・学生支援部
学務課　学務企画係
TEL: 022-795-3819
Email: gaku-kikaku*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）