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スピンの超高速ダイナミクスを放射光で観測

東京大学物性研究所の田久保耕(たくぼこう)特任研究員と和達大樹(わだちひろき)准教授らの研究グループは、放射光施設SPring-8の東大物性研ビームラインであるBL07LSUにおいて、東北大学金属材料研究所の研究グループの作製した強磁性を示す合金である鉄白金薄膜を用いて、時間分解磁気円二色性測定に成功しました。そして、レーザー強度を変化させた測定により、消磁を起こすためには、ある程度以上のレーザー強度が必要であることが分かりました。このような閾値の存在は、光で誘起した相転移で特徴的に表れる性質です。

放射光施設における軟X線を利用した磁気円二色性(XMCD)測定は、最近の技術革新により薄膜やナノサイズの極小試料における磁化の観測が元素別に可能になるなど、物質科学だけでなく、次世代のデバイスとして期待されているスピントロニクスへの応用が期待されています。一方、スピントロニクスにおいては、電流によってデバイス内の極小部分にのみ大きな磁場をかけスピンを制御することや、超高速応答が難しいことから、スピンの制御を磁場でなくレーザーなどの光により行うことが求められています。

今回の測定では、レーザー光照射により消磁が起きていることを放射光の時間分解能である約50ピコ秒で観測することに成功しました。本成果により今後、2種類以上の磁性元素を持つ合金において元素別のスピンダイナミクスを明らかにすることが期待できます。また、レーザーを用いて消磁のみでなく磁化の反転を起こす現象などの解明とその応用も期待できます。

この研究成果は、米国科学誌Applied Physics Letters(4月24日オンライン)に掲載されます。

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(Published on: Thursday April 20th, 2017)