MITプラズマ科学核融合センター（PSFC）のハング・チュイ氏らの研究チームは最近、磁石の背後にあるよく知られた技術に新たな視点を与えました。一見すると単純すぎるように聞こえるかもしれませんが（磁石は一体どれほど優れたものになるのでしょうか？）、この研究は新たな材料応用の可能性を切り開きます。磁石（そして電磁気学そのもの）は計算システム全体の基盤であるため、基盤となる磁性材料の改良は、これらの基本的な力の扱い方に大きな影響を与えると期待されています。
研究者たちは量子効果を利用することで、異常ホール効果とベリー曲率という2つの基礎物理学上の障壁を制御することに成功しました。これらは、人間にとって有用な形で利用しようとする試みを阻んできました。ネイチャー誌に掲載された研究チームの新たな論文は、テルル化クロムを用いることで、この2つの効果を利用して効率と性能を向上させる方法について光を当てています。影響を受ける分野は？ 磁石が重要なあらゆる分野、つまりコンピューティング、エレクトロニクス、ロボット工学などです。
ホール効果とは、1879年に当時23歳だったエドウィン・ホールが発見したものです。ホールは、電流が流れている垂直の金属片に対して磁石を直角に置くと、電流が金属板の反対側の端に向かって偏向することに気づきました（電流は自由電子の規則的な運動であることを思い出してください）。
ここで、ベリー曲率として知られる量子概念の応用が登場します。量子物理学では、ベリー曲率は電子の流れを自然に逸らすために用いられます（ホール効果とよく似ています）。ただし、磁場を必要としないため、現在では異常ホール効果と呼ばれ、電流の流れをより効率的に制御するために用いられます。
研究者らの研究により、圧縮や伸張によってもこの異常ホール効果を示す材料が開発されました。これはフレキシブルエレクトロニクス分野における将来的な研究の大きな特徴です。この材料は結晶構造で、酸化アルミニウムまたはチタン酸ストロンチウムのベース層（厚さ0.5ミリメートル）が用いられます。次に、これらの層の上に、磁性化合物であるテルル化クロムの原子層が塗布されます。磁性化合物はベース層との相互作用により、結晶層に柔軟性を与えます。
しかしここでの「柔軟」とは、材料が歪みを受けても電子伝導能力を失うのではなく、異常ホール効果とベリー曲率の相互作用によって電子が様々な経路を移動することを意味します。この特性こそが、研究者たちがこの化合物を「歪み調整可能」材料と呼んでいる理由です。この材料は、加えられた歪みに応じて電気伝導性を自然に調整するからです。この特性から、研究者たちは、この材料の関連性の高い様々な分野への応用例を挙げています。
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ロボット工学においては、歪み調整可能な材料は「ソフトセンサー」に利用することができます。これは、既存の生物学的要素（例えばBCI（ブレイン・コンピュータ・インターフェース）における脳ニューロンなど）の周囲に伸縮するセンサーであり、損傷を回避したり、より効果的に相互作用したりすることができます。この技術によって、環境要因に応じて伸縮するセンサーや、人工義肢用の曲げ可能な制御機構の実現も可能になります。Neuralinkのような企業にとってもメリットは言うまでもありません。
これらのひずみ調整可能な材料は、データストレージにも応用できます。伸縮可能な材料は、正確にどの程度伸ばしたかに応じてさまざまな量のデータを保存できるため、密度に明確な利点がもたらされ、データ保持にも利点がもたらされる可能性があります。
もちろん、どんな新しい技術もコストに左右されます。スケーリングコストは制限要因となります。この技術がどれだけ早く普及するかは、材料自体のコストや、既存のCMOS（相補型金属酸化膜半導体）製造技術（私たちが選ぶ最高のCPUやGPUに使われている技術）を新しい技術に適応させるのにどれだけの作業が必要かなど、多くの要因に左右されます。
しかし、コストは投資によって賄われており、これらの歪み調整可能な材料に関する更なる研究は今後も行われそうです。この最初の研究は、米国研究局、米国国立科学財団（NSF）、マサチューセッツ工科大学、その他米国に拠点を置く政府機関や研究機関によって部分的に支援されました。これらの研究の勢いは、通常よりも少し集中しているようです。
Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。
