磁石の中の熱ゆらぎを“しぼる”ことに成功:マグノンの熱スクイージングを単一モード・二モードで初めて実証 ―量子センシングや次世代熱機関への応用に期待―

2026-06-01 東京大学

東京大学、理化学研究所、東北大学の研究グループは、磁性体中のスピン波の集団励起であるマグノンにおいて、熱ゆらぎを特定の位相方向で抑制する「熱スクイージング」の観測に世界で初めて成功した。研究では、イットリウム鉄ガーネット(YIG)薄膜にマイクロ波によるパラメトリック励起を加え、白金層を利用した逆スピンホール効果によって磁気ゆらぎを高感度に検出した。その結果、単一モードのマグノンにおいて熱平衡状態よりも小さいゆらぎを実現する「単一モード熱スクイーズ状態」を確認した。さらに、薄膜の上面と下面に局在する異なるマグノンモード間に相関が形成される「二モード熱スクイーズ状態」の観測にも成功し、この相関が室温近傍でも維持されることを示した。スクイージングは量子情報や精密計測で重要な概念であり、本研究は磁性体における非平衡熱ゆらぎの制御を実証した画期的成果である。今後は超低ノイズ磁気センサ、量子情報処理、さらには非平衡状態を利用した高効率熱機関や量子もつれ生成技術への応用が期待される。研究成果はNature Physicsに掲載された。

磁石の中の熱ゆらぎを“しぼる”ことに成功:マグノンの熱スクイージングを単一モード・二モードで初めて実証 ―量子センシングや次世代熱機関への応用に期待―
磁性体中の「熱スクイージング」

<関連情報>

シングルモードおよびツーモードマグノン熱圧縮 Single- and two-mode magnon thermal squeezing

Tomosato Hioki,Kaito Tojo,Mehrdad Elyasi,Sohei Horibe,Hiroki Shimizu,Koujiro Hoshi,Takahiko Makiuchi,Gerrit E. W. Bauer & Eiji Saitoh
Nature Physics  Published:01 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03294-4

Abstract

Squeezed states play a central role in modern precision measurement and information processing, reducing the noise through manipulating its distributions in phase space. Although squeezing has been explored in various physical systems, realization and characterization in magnetic media remain largely unexplored. Here we demonstrate the single-mode thermal squeezing of the magnetization dynamics in an yttrium iron garnet film using microwave parametric excitation. We also demonstrate two-mode thermal squeezing in the form of correlated fluctuations of magnons concentrated on the top and bottom surfaces of the film. Establishing the control of thermal squeezing in magnetic systems provides insights into the fluctuation dynamics of the magnetic order, and represents a key advance in the quest to observe quantum effects in magnetic films.

1701物理及び化学
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