兵庫県立大学大学院理学研究科の和達大樹教授（元・物性研究所准教授）とYujun Zhang研究員らは、東京大学大学院理学系研究科の片山司助教（研究当時、現：北海道大学 准教授）と近松彰助教（研究当時、現：お茶の水女子大学 准教授）らと、ドイツの Helmholtz-Zentrum Berlinの研究グループと共同で、コバルト酸化物GdBaCo₂O_5.5 の薄膜における磁気構造の超高速な変化を、軟X線の反射率の磁気円二色性と共鳴磁気回折の時間分解測定により観測に成功しました。その結果、レーザー照射してピコ秒（＝1兆分の1秒）という超高速な時間の後に、反強磁性であった薄膜が強磁性となり、磁化が増加するというスピンのダイナミクスを明らかにしました。

超高速なスピンのダイナミクスは、レーザー光の照射による将来の超高速メモリーなどにつながるため、基礎学理および応用の観点から大きな注目を集めています。今回の発見により、レーザーが薄膜の磁気構造を瞬間的に変える新しい操作手段になることを実証しました。今後、光を利用したスピン操作やさまざまな物質の研究がさらに盛んになり、それを応用した次世代の光素子の開発が促進されることが期待されます。

本成果は、英国科学誌Communications Physicsに3月7日にオンライン掲載されました。

兵庫県立大学発表のプレスリリース

コバルトのスピンの光励起状態のイメージ図。レーザー照射により、水平軸方向の磁化が増大している。

発表論文

• 雑誌名：Communications Physics
• 論文タイトル：Photo-induced Antiferromagnetic-ferromagnetic and Spin-state Transition in a Double-perovskite Cobalt Oxide Thin Film
• 著者：Yujun Zhang, Tsukasa Katayama, Akira Chikamatsu, Christian Schuessler-Langeheine, Niko Pontius, Yasuyuki Hirata, Kou Takubo, Kohei Yamagami , Keisuke Ikeda, Kohei Yamamoto, Tetsuya Hasegawa, Hiroki Wadati
• DOI：10.1038/s42005-022-00823-4