磁石中の”カエルの合唱”を発見! – スピン波を介した動的な協力現象

academist Journal に研究コラムが掲載

日常で聞くことは珍しくなりましたが、カエルは春になると他の仲間と鳴き交わす行動をとることが知られています。ホタルの集団も一斉に明滅を繰り返すことが知られています。このようなカエルの合唱やホタルの集団発光のように、集団全体で同じ行動をとる現象は協力現象と呼ばれ、世界中に多く存在しています。カエルは声で、ホタルは光で、他の仲間と協力していると考えられます。

実は磁石も同様に協力現象の産物です。磁石を構成する元素の一部は、それぞれがスピンと呼ばれる小さな磁石を持っています。磁石で遊んだ経験はあるでしょうか? 2つの磁石を近づけると、それらは同じ方向や逆方向に揃おうとします。それと同じように、磁石中の元素も、隣同士など近距離にいる元素同士で影響を及し合い、それぞれのスピンの向きを揃えようとします。たとえ隣同士でしか向きを揃えないとしても、隣の隣、またその隣も、結局同じようにスピンの向きを揃えようとします。結果として、すべての元素のスピンの向きがひとつの方向に揃い、大きな磁石となります。このようにして磁石中の元素集団がすべて同じ状態をとることも、協力現象と呼ばれます。

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