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2011 Fiscal Year Annual Research Report

短パルス状テラヘルツ電磁波を用いた磁性体におけるスピン制御

Research Project

Project/Area Number 11J02179
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山口 啓太  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Keywordsテラヘルツ波 / スピン制御 / スピン再配列転移 / 磁性体 / フェムト秒パルスレーザー
Research Abstract

希土類オルソフェライトErFeO_3の粉末試料をフローティングゾーン法で単結晶化したものを対象にテラヘルツ時間領域分光測定を行った。この物質は反強磁性体でありながら強磁性体のように自発磁化を持ち、強磁性モードと反強磁性モードという2つの磁気共鳴モードを持つことが知られている。本研究では、テラヘルツ波の磁場成分を用いた励起によって、これら2つの磁気共鳴モードに由来する磁気双極子放射の発生を捉えることに成功した。室温における測定では、強磁性モードは377GHz、反強磁性モードは673GHzの振動数を持つ電磁波の放射として観測でき、特にc面平行平板サンプルにおいては強磁性モードが楕円偏光の電磁波を放射することが確認できた。
またオルソフェライトの中にはスピン再配列転移という温度によって自発磁化の配向方向が切り替わる磁気相転移を示すものがあるが、ErFeO_3の場合、高温相ではc軸方向、100K以下の低温相ではa軸方向が安定な状態となる。この相転移近傍における強磁性・反強磁性の両共鳴モードの振る舞いを調べたところ、以前から報告されていた強磁性モードの共鳴周波数のソフト化の観察に加え、磁気放射のモード・偏光の変化、さらに強磁性モードスピン歳差運動の緩和の高速化などを捉えることに成功し、再配列転移に関して新たな知見を得ることができた。特に相転移による放射偏光やモードの切り替わりを観察することで、数ピコ秒の時間分解能でスピン再配列転移の存在を検出可能になるため、今後超短パルスや高強度テラヘルツ波で再配列転移を発生させた場合に超高速時間スケールで転移のダイナミクスを調べるために有効であると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請時の予定ではオルソフェライト単結晶の作成、室温でのテラヘルツ測定による反強磁性共鳴の観測、スピン再配列転移による共鳴周波数の変動などを捉えることを目標に研究を行っていたが、これらについては予定通り結果を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

現在、可視光超短パルスレーザーでサンプルを励起し、発生した変化をテラヘルツ時間領域分光測定で見るため、チタンサファイアレーザーの1kHz再生増幅器を光源としたポンププローブ光学系を作成しているところである。
今後はまずこの装置を完成させ、ポンププローブ測定を行うことを目標とする。また、すでに当研究グループ内で完成している高弦度テラヘルツ光源による測定を行い、非線形な応答・非調和性の発現が確認できるか調査を行う予定である。

  • Research Products

    (12 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Ultrafast Coherent Control of Spin Precession Motion by Terahertz Magnetic Pulses2012

    • Author(s)
      M.Nakajima, K.Yamaguchi, T.Suemoto
    • Journal Title

      Acta Physica Polonica A

      Volume: 121 Pages: 343-346

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] テラヘルツ磁場パルスによるインパルシブなスピン励起とコヒーレント制御2012

    • Author(s)
      中嶋誠、山口啓太、末元徹
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 81 Pages: 317-320

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] THz時間領域分光を用いたErFeO_3スピン再配列転移点近傍における歳差運動緩和時間の観察2011

    • Author(s)
      山口啓太, 栗原貴之, 南康夫, 中嶋誠, 末元徹
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2011-09-26
  • [Presentation] プラズマフィラメントからのラジアル偏光テラヘルツ波発生とZ偏光検出2011

    • Author(s)
      南康夫, 栗原貴之, 山口啓太, 中嶋誠, 末元徹
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2011-09-24
  • [Presentation] THz時間領域分光を用いたバリウムフェライト強磁性共鳴のFIDによる観測2011

    • Author(s)
      栗原貴之, 山口啓太, 南康夫, 中嶋誠, 末元徹
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2011-09-24
  • [Presentation] ErFeO_3におけるスピン再配列転移のテラヘルツ時間領域分光による観察2011

    • Author(s)
      山口啓太, 中嶋誠, 南康夫, 末元徹
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] 2色超短パルス光励起プラズマからの高強度THz波発生におけるプレパルス光照射の効果とプレパルス光励起プラズマの性質2011

    • Author(s)
      南康夫, 中嶋誠, 山口啓太, 末元徹
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] テラヘルツ波ダブルパルスによる弱強磁性体における超高速スピン制御2011

    • Author(s)
      山口啓太, 中嶋誠, 南康夫, 末元徹
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] Ultrafast Coherent Control of Spin Precession Motion by Terahertz Magnetic Pulses2011

    • Author(s)
      M.Nakajima, Keita Yamaguchi, T.Suemoto
    • Organizer
      4th International Conference on Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena
    • Place of Presentation
      Wroclaw, Poland
    • Year and Date
      2011-06-30
  • [Presentation] プラズマフィラメントからのZ偏光テラヘルツ波の発生と検出2011

    • Author(s)
      南康夫, 栗原貴之, 山口啓太, 中嶋誠, 末元徹
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011-03-18
  • [Presentation] テラヘルツ磁場によるスピンのコヒーレント制御およびスピン-フォトン間のエネルギー移動の観測2011

    • Author(s)
      山口啓太, 中嶋誠, 南康夫, 末元徹
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(講演奨励賞受賞記念講演)
    • Year and Date
      2011-03-16
  • [Remarks]

    • URL

      http://suemoto.issp.u-tokyo.ac.jp/contents/yamaguchi/research.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

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