宙に浮かせたダイヤを電子スピンの力で揺らす OISTが「世界で初めて」と発表

沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究チームは、宙に浮かせた物体を「スピンの力」で揺らしたと発表した。力の元は、ダイヤモンドの中の電子だ。論文は2026年10月7日付で学術誌「Science Advances」に載った。

何をしたのか

浮かせたのは、1cm角の黒鉛(グラファイト)の板だ。黒鉛は磁石に反発する性質があり、並べた磁石の上で浮く。これを反磁性浮上という。板からは長さ5cmの炭素繊維の棒を下に伸ばし、先に3mm角・厚さ0.5mmのダイヤモンドをつるした。全体の重さは128mgだ。

ダイヤモンドの下には、別の磁石を置いた。緑のレーザーを当てると、ダイヤモンドは磁石の側へ引かれる。チームは、物体が自然に揺れるリズム(1秒に17.6回)に合わせてレーザーを点滅させた。ブランコを押す時機をそろえると揺れが大きくなるのと同じだ。空気中で約100nm(1万分の1mm)の揺れを測った。

かんたんに言うと

ダイヤモンドには「NV中心(窒素空孔中心)」と呼ぶ小さな欠陥がある。炭素の一部が窒素に置き換わり、隣の原子が抜けた所だ。ここの電子は、小さな磁石の性質(スピン)を持つ。緑の光を当てるとスピンの状態がそろい、磁石としての強さが変わる。磁場の強さが場所で違う所では、これが物体を引く力になる。

磁石を外したときや、スピンをそろえられない赤外線のレーザーに替えたときは、大きな揺れは出なかった。チームは、熱などではなくスピンの力で動いたと確かめたとしている。NV中心はセンサーにも使われ、QSTのナノダイヤモンドの研究もその一つだ。

何が「初めて」なのか

OISTの発表の題は「量子スピンがセンチメートル級の物体を動かすことに世界で初めて成功」だ。重力下にある物体を量子の効果が直接動かす様子の観測は、これが初めてだとする。OIST量子マシンユニットのジェイソン・トゥワムリー教授は、物体の重さについて説明する。これまでの最先端の同種の実験より、質量が8〜9桁(1億〜10億倍)大きいという。論文も、スピンの力による物体の移動を振動子で捉えた例は、著者の知る限りなかったと書く。

限界と、日本との関わり

揺れ自体は、ふつうの(古典的な)動きだ。教授は「私たちは小さな量子効果から大きな古典的応答を引き出すことに成功しました」と話す。重い物体が2か所に同時にある「重ね合わせ」は、まだ実現していない。

実験は室温の空気中で行い、揺れは空気の抵抗に抑えられた。論文によると、真空中では最大約1.5μm揺れた。測定の細かさは、研究室の振動で約1nmに限られていたという。

OISTは沖縄県にある日本の大学院大学だ。著者4人はOISTの量子マシンユニットに所属し、うち1人は東京科学大学にも所属する。研究はOISTと科学技術振興機構(JST)が支援した。製品や実用化の予定は発表されていない。

まとめ

チームは、重い物体を量子の重ね合わせの状態にし、重力が量子の性質を持つかを確かめることを見すえる。OISTは、暗黒物質や重力波を捉える精密なセンサーにつながる可能性もあるとしている。