(57)【要約】【課題】互いに異なる伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を制御することで当該伝搬方向間で整流を行うことが可能な電磁波の透過率制御方法を提供する。【解決手段】電気分極可能な絶縁体からなる整流素子２に磁場を印加することによりスキルミオン４を誘起させ、互いに異なる伝搬方向から整流素子２に伝搬される電磁波の透過率を、当該伝搬方向間で互いに異ならせる。このとき、スキルミオン４の最外周のスピンの向きに対して略直交する伝搬方向で、かつ互いに相対する伝搬方向から整流素子２に伝搬される電磁波の透過率を当該伝搬方向間で互いに異ならせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体に磁場を印加することによりスキルミオンを誘起させ、
互いに異なる伝搬方向から上記絶縁体に伝搬される電磁波の透過率を、当該伝搬方向間で互いに異ならせること
を特徴とする電磁波の透過率制御方法。
【請求項２】
上記スキルミオンの最外周のスピンの向きに対して略直交する伝搬方向で、かつ互いに相対する伝搬方向から上記絶縁体に伝搬される電磁波の透過率を当該伝搬方向間で互いに異ならせること
を特徴とする請求項１記載の電磁波の透過率制御方法。
【請求項３】
Ｃｕ2ＯＳｅＯ3からなる絶縁体に上記磁場を印加すること
を特徴とする請求項１又は２記載の電磁波の透過率制御方法。
【請求項４】
上記電磁波として直線偏光成分を有する光を伝搬させること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の電磁波の透過率制御方法。
【請求項５】
上記電磁波の周波数に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の電磁波の透過率制御方法。
【請求項６】
上記磁場の方向又は強度に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させること
を特徴とする請求項１〜５のうち何れか１項記載の電磁波の透過率制御方法。
【請求項７】
４ＧＨｚ以下の周波数からなるマイクロ波を上記電磁波として伝搬させること
を特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載の電磁波の透過率制御方法。
【請求項８】
予め磁場が印加されることによりスキルミオンが誘起された絶縁体を備え、
上記絶縁体は、互いに異なる伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を、当該伝搬方向間で互いに異ならせること
を特徴とする電磁波の透過率制御デバイス。
【請求項９】
上記絶縁体は、上記スキルミオンの最外周のスピンの向きに対して略直交する伝搬方向で、かつ互いに相対する伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を当該伝搬方向間で互いに異ならせること
を特徴とする請求項８記載の電磁波の透過率制御デバイス。
【請求項１０】
上記絶縁体は、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3であること
を特徴とする請求項８又は９記載の電磁波の透過率制御デバイス。
【請求項１１】
上記絶縁体は、上記電磁波の周波数に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させること
を特徴とする請求項８〜１０のうち何れか１項記載の電磁波の透過率制御デバイス。
【請求項１２】
上記絶縁体は、上記磁場の方向又は強度に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させること
を特徴とする請求項８〜１１のうち何れか１項記載の電磁波の透過率制御デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を制御することで当該伝搬方向間で整流を行う上で好適な電磁波の透過率制御方法、電磁波の透過率制御デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体エレクトロニクスでは、電子における電荷とスピンという２つの性質のうち、電荷の活用に焦点を当てたものが殆どであった。一方、電子のもう１つの性質であるスピンを積極的に活用するスピントロニクスも近年において特に注目されている電子技術であり、次世代の革新的な特徴・機能を持つデバイスとして高い期待が寄せられている。
【０００３】
一般的に電子のスピンは、物質の磁気的な振る舞いに大きく関係しており、スピンが同一方向に揃う場合には、通常の磁性体としての性質が現れる。これに対し、一部の特殊な磁性体において、電子のスピンが自発的に「スキルミオン」と呼ばれる構造を作ることが近年において明らかにされている。
【０００４】
スキルミオンは、物質中に生じるスピン秩序が周期的に配列したトポロジカルな磁気構造である。スキルミオンは、スピンの連続的な変化に対して壊れることがない、非常に安定的な構造を持つ。スキルミオンの大きさは、直径１０〜１００ｎｍ程度であることから、高い情報密度を持つ次世代のスピントロニクスデバイスとして期待されている。またスキルミオンは、強磁性体における磁壁と比較して、１０万分の１程度の微小な電流で磁気構造体をコントロールすることができ、工学的に優れた特性を示す。このため、スキルミオンは、高密度省電力データデバイスへの応用や演算デバイスへの応用が期待されている。またスキルミオンは、その特殊なスピン配列であるため粒子としての性質を持ち、ナノメータサイズで構成されることから、高速で省電力の磁気メモリ素子の記録ビットへの応用が期待されている。
【０００５】
過去のスキルミオンの研究において、スキルミオンの発現機構の理論研究が先ず行われており、反転中心のない磁性体において強磁性交換相互作用とＤＭ（ジャロシンスキー ・ 守谷）相互作用、更には磁場のゼーマン相互作用等により生じることが議論されている。実験的にはＭｎＳｉや、ＦｅＧｅ、Ｆｅ1-xＣｏxＳｉ等のＢ２０構造を有する金属系のキラルな磁性体において発現していることが明らかになっている。（例えば、非特許文献１参照。）。特に近年において、絶縁体のキラルな磁性体Ｃｕ2ＯＳｅＯ3においても、ある磁場温度域になるとスキルミオン相が発現することも確認されている（例えば、非特許文献２参照。）。このＣｕ2ＯＳｅＯ3では、スキルミオンがスピン軌道相互作用を通じて誘電分極を誘起することにより、強誘電体としての機能も併せ持つマルチフェロイックスとしての特性を発現させるとともに、当該スキルミオンに基づく新たな電磁気現象の発現も期待されている。
【０００６】
また近年においては、スキルミオンの制御手法の確立やスキルミオンを基盤としたデバイスの開発を行うため、スキルミオンの性質の詳細を解明するための基礎研究や、スキルミオンの新奇な外場応答を探索するための研究も行われている。例えば、図１２（ｂ）に示すように、金属においてスキルミオンは、他の磁気構造に比べ類を見ないほど低い電流密度で駆動でき、並進運動することが知られている（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００７】
一方で、絶縁体においては、マイクロ波領域において磁気共鳴を起こすということが近年明らかになった（例えば、非特許文献４参照。）。図１２（ａ）は、スキルミオン１４が磁気共鳴を起こした際のその運動の概念図である。特定の周波数からなる電磁波を照射することにより、周波数によりスキルミオン１４は時計回り、或いは反時計回りなど多彩な運動を示すことがわかっている。
【０００８】
このように、このスキルミオン１４は、多くの電気磁気応答を示すことが知られているが、特に共鳴励起は、マイクロ波という周波数帯で起こる現象であるがゆえに、スキルミオン１４のダイナミクスや高速制御に対して重要な知見を与える可能性があるといえる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Yu, X. Z. et al. Near room-temperature formation of a skyrmion crystal thin-films of the helimagnet FeGe. Nat. Mat. 10, 106-109 (2011).
【非特許文献２】Seki, S., Ishiwata, S. & Tokura, Y. Magnetoelectric nature of Skyrmion in a chiral magnetic insulator Cu2OSeO3. Phys. Rev. B 86, 06403 (2012).
【非特許文献３】Schultz, T. et al. Emergent electrodynamics of skyrmions in a chiral magnet.Nat. Phys. 8, 301-304 (2012).
【非特許文献４】Onose, Y., Okamura, Y., Seki, S., Ishiwata, S. & Tokura, Y. Observation of magnetic excitations of Skyrmion crystal in a helimagnetic insulator Cu2OSeO3.Phys. Rev. Lett. 109, 037603 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特にスキルミオンは、上述したように、ナノメートルオーダの微小なサイズで構成でき、微小電流で駆動できることから高密度省電力のデバイスとして期待できるものであるから、そのデバイスの一つとしてマイクロ波領域の周波数からなる電磁波の透過特性の制御を実現できる機能を持たせたものも当然に産業界からは望まれる可能性がある。
【００１１】
しかしながら、上述したスキルミオンに関する従来の研究において、マイクロ波領域の周波数からなる電磁波の透過特性に関する研究は特段行われていない。このため、このようなスキルミオンを利用したデバイスに対する産業界からの将来的な要請に応えることができないという問題点があった。
【００１２】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、互いに異なる伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を制御することで当該伝搬方向間で整流を行うことが可能な電磁波の透過率制御方法、電磁波の透過率制御デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明者は、絶縁体に磁場を印加することによりスキルミオンを誘起させ、更にそのスキルミオンにマイクロ波を照射することにより、これが磁気共鳴を起こす点に着目した。そして、スキルミオンの磁気共鳴に基づいて、絶縁体中を伝搬する電磁波の透過率が伝搬方向に対する方向依存性を示すことを新たに見出し、以下の構成からなる電磁波の透過率制御方法を発明した。
【００１４】
請求項１記載の電磁波の透過率制御方法は、絶縁体に磁場を印加することによりスキルミオンを誘起させ、互いに異なる伝搬方向から上記絶縁体に伝搬される電磁波の透過率を、当該伝搬方向間で互いに異ならせることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の電磁波の透過率制御方法は、請求項１記載の発明において、上記スキルミオンの最外周のスピンの向きに対して略直交する伝搬方向で、かつ互いに相対する伝搬方向から上記絶縁体に伝搬される電磁波の透過率を当該伝搬方向間で互いに異ならせることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の電磁波の透過率制御方法は、請求項１又は２記載の発明において、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3からなる絶縁体に上記磁場を印加することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の電磁波の透過率制御方法は、請求項１〜３のうち何れか１項記載の発明において、上記電磁波として直線偏光成分を有する光を伝搬させることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の電磁波の透過率制御方法は、請求項１〜４のうち何れか１項記載の発明において、上記電磁波の周波数に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の電磁波の透過率制御方法は、請求項１〜５のうち何れか１項記載の発明において、上記磁場の方向又は強度に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させることを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の電磁波の透過率制御方法は、請求項１〜６のうち何れか１項記載の発明において、４ＧＨｚ以下の周波数からなるマイクロ波を上記電磁波として伝搬させることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の電磁波の透過率制御デバイスは、予め磁場が印加されることによりスキルミオンが誘起された絶縁体を備え、上記絶縁体は、互いに異なる伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を、当該伝搬方向間で互いに異ならせることを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の電磁波の透過率制御デバイスは、請求項８記載の発明において、上記絶縁体は、上記スキルミオンの最外周のスピンの向きに対して略直交する伝搬方向で、かつ互いに相対する伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を当該伝搬方向間で互いに異ならせることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０記載の電磁波の透過率制御デバイスは、請求項８又は９記載の発明において、上記絶縁体は、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１記載の電磁波の透過率制御デバイスは、請求項８〜１０のうち何れか１項記載の発明において、上記絶縁体は、上記電磁波の周波数に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２記載の電磁波の透過率制御デバイスは、請求項８〜１１のうち何れか１項記載の発明において、上記絶縁体は、上記磁場の方向又は強度に応じて上記伝搬方向間の透過率の差分値を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
上述した構成からなる本発明によれば、電気分極可能な絶縁体に磁場を印加することによりスキルミオンを誘起させ、更にそのスキルミオンにマイクロ波を照射することにより生じる磁気共鳴が電磁波の伝搬方向に対する方向依存性を示すことを利用し、互いに異なる伝搬方向から伝搬される電磁波の透過率を制御することで当該伝搬方向間で整流を行うことが可能な電磁波の透過率制御方法、電磁波の透過率制御デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイスの模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイスの具体的な構成例を示す図であり、（ｂ）は、その詳細斜視図である。
【図３】コプレナー線路を伝搬するマイクロ波の磁場・電場成分の放射状態を示す側面図である。
【図４】スキルミオンを模式的に示した図である。
【図５】キラルな磁性体Ｃｕ2ＯＳｅＯ3の結晶構造について説明するための図である。
【図６】Ｃｕ2ＯＳｅＯ3の結晶について温度と磁場の強さを所定範囲に制御することによるスキルミオン誘起について説明するための図である。
【図７】、マイクロ波MAB、MBAの周波数に対する、マイクロ波MABの整流素子２における吸収率ＳABと、マイクロ波MBAの整流素子２における吸収率ＳBAとの差の関係を示している。
【図８】本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイスの実施例について説明するための図である。
【図９】本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイスの他の実施例について説明するための図である。
【図１０】サンプルＰについて、各マイクロ波における整流素子による吸収率の周波数依存性等を示す図である。
【図１１】サンプルＱについて、各マイクロ波における整流素子による吸収率の周波数依存性等を示す図である。
【図１２】（ａ）は、スキルミオンに回転運動をさせる例を示す図であり、（ｂ）はスキルミオンに並進運動をさせる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイスの実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイス１の模式図であり、図２（ａ）は、その具体的な構成例を示している。この電磁波の透過率制御デバイス１は、マイクロ波を伝送させるための伝送路３と、伝送路３上に配置された整流素子２とを備えている。
【００３０】
透過率制御デバイス１は、整流素子２を挟んで一端側に端子Ａが、他方側に端子Ｂが接続される。この端子Ａ、端子Ｂにはそれぞれ図示しない同軸ケーブル等が接続され、マイクロ波が供給される。このとき、端子Ａから端子Ｂに向けて伝搬するマイクロ波をマイクロ波ＭABといい、端子Ｂから端子Ａに向けて伝搬するマイクロ波をマイクロ波ＭBAという。このマイクロ波ＭABの伝搬方向とマイクロ波ＭBAの伝搬方向とは互いに相対する方向に、換言すれば反平行の関係となるように伝搬させる。但し、係る場合に限定されるものではなく、マイクロ波ＭABの伝搬方向とマイクロ波ＭBAの伝搬方向とが異なるものであれば、本発明を適用することができることは勿論である。
【００３１】
伝送路３は、マイクロ波等を始めとする高周波信号を効率よく伝送することが可能な例えばコプレナー線路等で構成されている。コプレナー線路は、銅張積層板における銅箔をエッチングすることにより形成される。この伝送路３をコプレナー線路で構成する場合には、これを端子Ａ、Ｂを介して同軸線路に接続する。図３は、コプレナー線路３ａ〜３ｃを伝搬するマイクロ波の放射状態を示す側面図である。中央の幅広のコプレナー線路３ｂを中心として磁場Ｈが分布し、またコプレナー線路３ｂから間隔を空けて両側に形成されたコプレナー線路３ａ、３ｃに向けて電場が放射されることとなる。ちなみに伝送路３は、コプレナー線路３ａ〜３ｃで構成する場合に限定されるものではなく、マイクロ波、電磁波を伝搬可能な他のいかなる媒体に代替されるものであってもよい。
【００３２】
整流素子２は、端子Ａからのマイクロ波ＭABが伝播してきた場合に、これを端子Ｂに伝搬させる上での整流を行う。また整流素子２は、端子Ｂからのマイクロ波ＭBAが伝播してきた場合に、これを端子Ａに伝搬させる上での整流を行う。
【００３３】
整流素子２は、電気分極可能な絶縁体である。仮にこの整流素子２を金属等で構成した場合には、これに照射されるマイクロ波が素子の表面で反射してしまうため、この整流素子２は、絶縁体で構成する。また整流素子２は、予め磁場を印加することによりスキルミオンが誘起された素子である。この整流素子２は、直方体状に成形されている場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、他のいかなる形状に成形されていてもよい。
【００３４】
整流素子２に誘起されたスキルミオンの詳細は後段において詳述するが、図２（ｂ）に示す詳細斜視図に示すように直方体状に成形された整流素子２の上面２ａから視認できるようにスキルミオン４が離散的に生成されている。ちなみにスキルミオン４はこの上面２ａのみに形成されているものではなく、整流素子２の厚み方向に向けて層状に形成されているものと考えられる。
【００３５】
スキルミオン４は、物質中に生じるスピン秩序が周期的に配列した渦状磁気構造体である。スキルミオン４は、スピンの連続的な変化に対して壊れることがない、非常に安定的な構造を持つ。スキルミオン４の大きさは、直径１０〜１００ｎｍ程度である。
【００３６】
図４は、スキルミオン４を模式的に示した図である。スキルミオン４は、あらゆる方向をむくスピン５で構成されている。整流素子２に印加される磁場Ｈの方向が図中上向きである場合に、最外周のスピン５ａは、その磁場Ｈの方向と同様に上向きで、且つ磁場Ｈと平行とされている。スキルミオン４は、その最外周から渦巻状に内側へ向けて回転していく平面形態とされ、これに伴ってスピン５の方向は徐々に向きを変えることとなる。そしてスキルミオン４の中心を構成するスピン５ｂは、磁場Ｈと反平行となるように、下向きで安定することとなる。スキルミオン４では、スピン５が中心から最外周に至るまで下向きから上向きに方向が連続的に遷移し、且つ規則的に並んだ構造とされている。複数の電子スピンが渦のように規則的に並んだ構造をしている。中心のスピン５ｂと最外周のスピン５ａの向きは反平行で、中心から外周の間にあるスピン５の向きは連続的にねじれ、渦巻き構造を形成する。
【００３７】
このようなスキルミオン４に対して、例えば特定の周波数からなる電磁波を照射することにより、スキルミオンを磁気共鳴させ、ひいてはこのスキルミオンを時計回りに回転させ、或いは反時計回りに回転させる等の運動を行わせることも可能となる。
【００３８】
整流素子２において、このようなスキルミオン４を誘起させる上で、本発明では絶縁体としてＣｕ2ＯＳｅＯ3を使用する。Ｃｕ2ＯＳｅＯ3は、キラルな磁性体であり、図５に示すように、鏡写しにした像を互いに重ねることができない、いわゆる「キラリティ」と呼ばれる特徴を持っている。このようなキラリティを持つ磁性体では、隣接するスピンの向きをねじ曲げる「Dzyaloshinskii-守谷相互作用」といわれる力が作用するため、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3のような絶縁体であっても、渦状のスピン構造であるスキルミオン４をより有利に発現させることが可能となる。
【００３９】
更に、このＣｕ2ＯＳｅＯ3では、正負の電荷の組が規則的に整列した電気分極状態を引き起こしている。即ち、スキルミオン４がスピン軌道相互作用を通じて誘電分極を誘起することでマルチフェロイックスとしての特性が発現しているものといえる。
【００４０】
このようなＣｕ2ＯＳｅＯ3においてスキルミオン４を発生させるための条件は、従来において既に研究されており（例えば、非特許文献２参照。）、図６に示すようにＣｕ2ＯＳｅＯ3の結晶について温度と磁場の強さを所定範囲に制御することによりスキルミオン４の誘起を実現できる。図６の例では、縦軸が磁場の強さで、あくまで正の磁場を印加した場合の例であるが、負の磁場を印加した場合についても同様の磁気相図が期待される。ただし、磁場を反転させた際にはスキルミオンのスピンの向きも反転する。  このようにして予め磁場を印加することでスキルミオン４が生成されたＣｕ2ＯＳｅＯ3からなる整流素子２を伝送路３上に配置する。この段階においてスキルミオン４は、図４に示すように、最外周のスピン５が印加される磁場の方向と平行方向となるようにスキルミオン４が誘起されている。この誘起されているスキルミオン４の最外周のスピンの方向に対して、マイクロ波の伝搬方向が略垂直となるように伝送路３上に配置する。
【００４１】
上述した構成からなる透過率制御デバイス１の動作について説明をする。
【００４２】
透過率制御デバイス１は、端子Ａから端子Ｂに向けて伝搬されるマイクロ波MABと、端子Ｂから端子Ａに向けて伝搬されるマイクロ波MBAをそれぞれ伝搬させる場合において、所期の機能を発現させるものである。通常であれば、マイクロ波MAB、マイクロ波MBAの何れを伝搬させても透過率は原理的に同一となる。これに対し、本発明を適用した透過率制御デバイス１における整流素子２に対してこのようなマイクロ波MAB、マイクロ波MBAを伝搬させた場合、マイクロ波MABの透過率ＳABと、マイクロ波MBAの透過率ＳBAとを互いに異ならせることが可能となる。
【００４３】
実際にこれらマイクロ波MAB、MBAを整流素子２に対して伝搬させることにより、整流素子２において誘起されているスキルミオン４と、各マイクロ波の振動磁場成分とが相互作用を引き起こす。即ち、スキルミオン４は、マイクロ波の振動磁場成分との相互作用に基づいて回転運動する磁気共鳴を起こす。これと同時にスキルミオン４は、マイクロ波の振動磁場成分の振動電場によっても磁気共鳴を起こす。
【００４４】
その結果、整流素子２は、マイクロ波における振動磁場成分、振動電場成分それぞれと相互作用し、同時に磁気共鳴を引き起こすことにより、当該マイクロ波の振動磁場成分に対して干渉効果を生じさせることができる。そして、当該干渉効果に基づいて、マイクロ波MAB、MBAの伝搬方向に依存した共鳴の強さを発揮させることができ、これに伴いマイクロ波MAB、MBAの吸収量をそれぞれ変化させる、いわゆる電気磁気光学効果を発揮させることが可能となる。
【００４５】
また、上述したマイクロ波における振動磁場成分、振動電場成分との相互作用に基づくスキルミオン４の磁気共鳴の強さは、マイクロ波の伝搬方向に大きく依存する。このため、マイクロ波MAB、MBAを互いに異なる方向から伝搬させることで、スキルミオン４の磁気共鳴の強さを互いに異ならせることができる。その結果、マイクロ波MAB、MBAにおける整流素子２の透過率を互いに異ならせることが可能となる。
【００４６】
このマイクロ波MAB、MBAの伝搬方向は、スキルミオンの最外周のスピンの向きに対して略直交する伝搬方向とされていることが前提である。スキルミオンの最外周のスピンの向きは、整流素子２に対して当初印加される磁場の方向と平行になることから、マイクロ波MAB、MBAの伝搬方向は、当初印加される磁場の方向に対して略直交する方向とされていることが前提となる。
【００４７】
また、上述した実施の形態においては、整流素子２としてＣｕ2ＯＳｅＯ3を使用する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。即ち、この整流素子２は、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3以外のものであっても、電気分極可能な絶縁体であって、磁場を印加することによりスキルミオンを誘起させることが可能な材料であれば、いかなる材料で構成されていてもよい。
【００４８】
また本発明を適用した透過率制御デバイス１によれば、制御対象が、マイクロ波MAB、MBAの整流素子２における透過率とした場合に、制御因子は、マイクロ波MAB、MBAの周波数、及びスキルミオン４を誘起させる上で印加する磁場の向きである。
【００４９】
図７は、マイクロ波MAB、MBAの周波数に対する、マイクロ波MABの整流素子２における吸収率と、マイクロ波MBAの整流素子２における吸収率との差の関係を示している。横軸がマイクロ波の周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸がマイクロ波MAB、MBA間の吸収率ＳAB，ＳBAの差分値（ｍｄＢ）である。また実線は、スキルミオンを整流素子２に誘起させる際に＋３００Ｏｅの磁場を印加した場合の結果であり、点線は、これとは逆方向の−３００Ｏｅの磁場を印加した場合の結果である。即ち、＋３００Ｏｅの磁場を印加した場合と、−３００Ｏｅの磁場を印加した場合とでは、互いにスキルミオン４の最外周のスピンの向きが逆向きとなっている。
【００５０】
仮にマイクロ波MAB、MBA間において、整流素子２における透過率（吸収率）に差がない場合には、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値は０になるが、図７に示すようにマイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値は０ではなく、正又は負の値となっている。
【００５１】
また、マイクロ波MAB、MBAの周波数に対して、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率ＳAB、ＳBAの差分値はそれぞれ変化する性質があるのが分かる。このため、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値を所望の値にするためには、逆にマイクロ波MAB、MBAの周波数をコントロールすることで、これを実現することが可能となる。
【００５２】
また、整流素子２に対して印加される磁場の方向を＋３００Ｏｅとするか、−３００Ｏｅに応じて、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値はそれぞれ変化する性質があるのが分かる。このため、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値を所望の値にするためには、逆に整流素子２に対して印加される磁場の方向をコントロールすることで、これを実現することが可能となる。
【００５３】
なお、上述した図７の例では、整流素子２としてＣｕ2ＯＳｅＯ3を使用し、磁場の方向、強さを±３００Ｏｅとし、マイクロ波の周波数も４ＧＨｚ以下のものを使用しているが、これに限定されるものではなく、他の材料や磁場の強さであれば、マイクロ波の周波数が４ＧＨｚを超えるものであっても、当該周波数を制御することで整流素子２の透過率をコントロールすることが可能となる。
【００５４】
また、本発明によれば、マイクロ波以外のいかなる波長からなる電磁波についても同様にスキルミオン４の磁気共鳴に基づいて、絶縁体中を伝搬する電磁波の透過率が伝搬方向に対する方向依存性を示すことを利用し、電磁波の透過率の制御を行うようにしてもよいことは勿論である。
【００５５】
なお、本発明では、電磁波として直線偏光成分を有する光を伝搬させるようにしてもよい。特に直線偏光成分の光を伝搬させる場合において、絶縁体中を伝搬する電磁波の透過率が伝搬方向に対する方向依存性を顕著に出すことができ、ひいては明確な整流特性を発現させることが可能となる。
【実施例１】
【００５６】
以下、本発明を適用した電磁波の透過率制御デバイス１の実施例について説明をする。上述した透過率制御デバイス１の効果を確認するため、以下の検証実験を行った。
【００５７】
この検証実験では、図２（ａ）に示すように伝送路３上に整流素子２を配置し、伝送路３における端子Ａ、Ｂにはそれぞれマイクロ波MAB、MBAを供給可能な同軸ケーブルを接続した。整流素子２としては、キラルな磁性体Ｃｕ2ＯＳｅＯ3を用いている。
【００５８】
実験用のサンプルＰとしては、図８（ａ）に示すように、外部磁場ＨdcをＣｕ2ＯＳｅＯ3結晶の[１１０]軸に対して平行となるように印加した場合に、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3結晶の[１１０]軸に対して磁化方向Ｍが平行となっており、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3結晶の[００１]軸に対して分極方向Ｐが平行となっているものを使用する。このような磁化Ｍ、分極Ｐに対して、マイクロ波MAB、MBAの照射方向ｋωは、Ｍ、Ｐに対して垂直な方向となるように整流素子２を配置する。これらを模式的に示したのが図８（ｂ）であり、整流素子２の磁化方向Ｍ、分極方向Ｐに対して、紙面奥行き方向から紙面手前方向（○）へマイクロ波MABを照射し、及び紙面手前方向から紙面奥行き方向（◎）へマイクロ波MBAを照射する。
【００５９】
実験用のサンプルＱとしては、図９（ａ）に示すように、外部磁場ＨdcをＣｕ2ＯＳｅＯ3結晶の[１１０]軸に対して平行となるように印加した場合に、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3結晶の[１１０]軸に対して磁化方向Ｍが平行となっており、Ｃｕ2ＯＳｅＯ3結晶の[００１]軸に対して分極方向Ｐが平行となっているものを使用する。このような磁化Ｍ、分極Ｐに対して、マイクロ波MAB、MBAの照射方向ｋωは、Ｍに対して垂直な方向とし、Ｐに対しては平行となるように整流素子２を配置する。これらを模式的に示したのが図９（ｂ）であり、整流素子２の磁化方向Ｍに対して、分極方向Ｐは紙面奥行き方向から紙面手前方向（○）である。マイクロ波MABは、分極方向Ｐと同様に紙面奥行き方向から紙面手前方向（○）に向けて照射し、マイクロ波MBAは、紙面手前方向から紙面奥行き方向（◎）へ向けて照射する。
【００６０】
なお、サンプルＰ、Ｑともに外部磁場は、それぞれ±２０００Ｏｅ印加している。
【００６１】
図１０の上段は、サンプルＰについて、実際にマイクロ波MAB、MBAにおける整流素子２による吸収率の周波数依存性を、下段は、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値を示している。マイクロ波MAB、MBAにおける整流素子２による吸収率の周波数依存性は、４ＧＨｚ周辺において大きくなることが示されている。また、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値は、印加した磁場が、それぞれ＋２０００Ｏｅ、−２０００Ｏｅにおいて、４ＧＨｚ周辺において大きくなることが明確に現れている。
【００６２】
図１１の上段は、サンプルＱについて、実際にマイクロ波MAB、MBAにおける整流素子２による吸収率の周波数依存性を、下段は、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値を示している。マイクロ波MAB、MBAにおける整流素子２による吸収率の周波数依存性は、３．６ＧＨｚ周辺において大きくなることが示されている。一方、マイクロ波MAB、MBA間の吸収率の差分値は、印加した磁場は、それぞれ＋２０００Ｏｅ、−２０００Ｏｅにおいて、１〜６ＧＨｚの周波数について殆ど０に近く、明確な差異が現れていないことが分かる。このため、マイクロ波MAB、MBAにおいて明確な整流特性を出すためには、その伝搬方向を整流素子２の磁化方向Ｍ、分極方向Ｐとの関係において調整する必要があることが分かる。
【００６３】
また、図７の結果と図１０下段は、ともにマイクロ波MAB、MBAの照射条件は同一であり、印加する磁場の大きさを互いに異ならせたものである。両者を比較すると、磁場の強度によっても同様にマイクロ波MAB、MBA間の吸収率の傾向が変化することが示されている。即ち、磁場の強度も一つの制御因子として、マイクロ波MAB、MBAの整流素子２における透過特性を制御することも可能となることは勿論である。
【符号の説明】
【００６４】
１  透過率制御デバイス
２  整流素子
３  伝送路
４  スキルミオン
５  スピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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