大阪公立大学の戸川欣彦教授らと東京大学のグループは、水晶に加えた熱の流れに沿って原子が回転しながら振動し、その回転運動を電気的に検出することに世界で初めて成功した。新たな断熱材料や絶縁体における情報処理技術の開発が期待されている。

研究グループは最近、鏡写しで重なるが実際にはそうではない「キラル」な無機結晶の金属に電気を流すことで、結晶内の電子がらせん構造を動き、電子の持つ磁気情報の向きが正負どちらかに偏ることを発見した。一方で、電気を通さないキラルな物質では、キラル構造を持つことに起因する現象が起こるかどうかは明らかになっていなかった。

研究では水晶に電気の代わりに熱を加えることで、キラル特有のどのような現象が起きるかを調べた。

実験によると、通常の物質中では原子が振動することにより熱が伝わる。だが、キラルな水晶では原子が回転しながら振動し、その波動が水晶内をらせん状に伝わるキラルな物質特有の現象「キラルフォノン」が生じていることが分かった。

また、右水晶では右方向、左水晶では左方向に原子が回転しており、回転方向の情報がキラルフォノンによって運ばれること、さらに回転の強さを表す指標「角運動量」を電気信号に変換して検出できることが判明している。

戸川教授らは「キラルな水晶の隠れた特性を実験で証明するのには苦労したが、研究に用いる左右の天然水晶を探すのは楽しい作業であった」と話した。