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【中級】860アト秒!?電子の振動を観測!

2016/07/11

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2016年4月11日、NTT研究所・東京理科大学のグループにより、

「窒化ガリウムにおいて、860アト秒(アト秒=100京分の1秒)周期の電気的な振動を観測した」

という論文が英科学誌Nature Physicsに掲載されました。

何がすごいかというと、

①前代未聞の860アト秒周期の超高速振動を観測できた

超高速なコンピュータの誕生につながるかもしれない!

という点です

 

1.アト秒って?

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アトはミリ、マイクロ、ナノ、ピコ、フェムトに次ぐ細かさを表し、1アト秒は0.000000000000001秒、つまり100京分の1秒です。

例えば、

陸上種目の100m走で差1mmというのは、およそ100マイクロ秒(1万分の1秒)の違いですが、それを目で感知できる人など皆無でしょう。ましてや、100京分の1秒なんて…と絶望を覚える短さです。

では、今回の発表にある860アト秒周期の振動をいかに観察したのでしょうか。

 

2.超高速なストロボをレーザーで

 

正解は…ストロボ写真です!

写真を連続して撮ることで、一瞬の間に起こっていることを切り取るができます。

「馬は走っている時に、全ての足が浮いている瞬間があるか否か」という人々の疑問をストロボ写真により解決した、という例があります。

 

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ストロボの原理を利用して、上のイラストのように、アト秒だけ光る光を用いれば、

アト秒周期の超高速な動きも捉えることができます。(アト秒光源に関して⇒上級へ!)

 

 

3.光により生じる、アト秒の振動!

 

今回、アト秒の振動が発見されたのは窒化ガリウム(GaN)という物質です。

(青色発光ダイオードとして有名)

 

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この窒化ガリウムに光を当てると、分極という現象が得られることは分かっていました。今回の実験では、そこにアト秒のストロボを使い、動きを見てみると、分極が860アト秒の周期で振動していることが分かりました。

これは固体物質中における最速の振動を見たことになります!

このようなアト秒周期の振動が見つかったことにより、電気の流れやすさもアト秒で制御できる可能性があります。電気の流れやすさの大小の切り替えは、コンピュータにおける情報処理(0と1の切り替え)を担っているため、今回の報告が超高速なコンピュータの誕生に結びつくかもしれません。

 

ただし、今はまだアト秒の世界を覗いたにすぎません。今後の研究で更にアト秒の世界を「見る」ことで、人類は超高速な世界を感じることができるしょう。

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