光の「回転」が物質を動かす仕組みを解明北海道大学
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北海道大学のグループは、光が物質に与える回転の力である「角運動量」を、「スピン」と「軌道」の二つに分け、それぞれの損失量を個別に測定・解析できる新たな理論を提案した。
光には、直進性だけでなく、回転という重要な性質があり、これが物質に働きかけることで回転の力（光トルク）が生まれる。その源は角運動量という物理量である。角運動量は、空間全体で保存される量で、たとえ光が物質と相互作用して角運動量を失ったとしても、その分は物質に移り、光トルクとして作用する。これが「光の角運動量の保存則」である。
従来、スピン角運動量や軌道角運動量は光の横波のみで記述されるため，物質が存在すると現れる縦波は扱えず、物質中でのそれらの保存則を正しく記述することが困難であった。
今回、電場と磁場の「時間変化」に基づき光の角運動量を定義し直し、それをスピンと軌道に分離することで、物質がある場合でも成り立つ保存則を初めて導出した。これにより、光が物質にどのように回転の力を与えるか、スピンと軌道の各視点から正確に理解できるようになった。
この成果は、スピンと軌道が相互に変換される「スピン軌道変換」の定量的な解析を可能にするほか、キラル材料やナノ構造体への応用、光による微細操作技術の基盤となることが期待される。
