2017 Fiscal Year Annual Research Report
非線形光学プローブによる室温人工マルチフェロイック物質の開拓と新機能創出
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17H04844
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松原 正和 東北大学, 理学研究科, 准教授 (50450648)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マルチフェロイック物質 / メタマテリアル / 非線形光学効果 / 光第二高調波発生（SHG） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光の波長サイズ以下のナノ空間を人工的に設計・制御することで、多機能性と室温動作を兼ね備える革新的な人工マルチフェロイック物質の開発を行うことを目的とする。本年度は、数種類の人工マルチフェロイック物質を作製し、それを用いた光第二高調波発生（SHG）の観測を行った。
まず、室温強磁性体に非空間反転対称な構造を電子線描画により導入し、「空間反転対称性の破れ」と「時間反転対称性の破れ」を同時に満たす人工マルチフェロイック物質を作製した。試料の評価は原子間力顕微鏡などを用いて行い、設計通りの構造ができていることを確認した。また、試料の磁気特性の評価を磁気Kerr効果やFaraday効果を用いて行った。
次に、人工マルチフェロイック物質の機能を検証するために、SHGの検出を試みた。試料から発せられるSHGシグナルが微弱なため、今年度の予算で一体型広波長域フェムト秒レーザー（波長：690-1040nm、パルス幅：100fs、繰り返し周波数：80MHz）を購入し、さらにフォトンカウンティングシステムを構築した。これにより、Faraday・Voigtの両配置で、±200mTまでの磁場を印加した際の精密なSHG測定が可能になった。現状確認できているシグナルの強度はまだ小さいものの、明瞭な磁気ヒステリシスを持つSHGシグナルを観測することに成功している。
このように、人工マルチフェロイック物質の作製とその機能を開拓するための測定環境が整った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画通り、一体型広波長域フェムト秒レーザーを購入し、また、フォトンカウンティングシステムを構築することができた。これにより、微弱な光を検出するための測定環境を整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
室温強磁性体に人工的な非反転対称構造を導入することで、「空間反転対称性の破れ」と「磁気（スピン）」を組み込んだ室温人工マルチフェロイック物質を作製する。また、そのような「空間反転対称性の破れ」と「時間反転対称性の破れ」を非線形磁気光学効果を用いて検出する。
具体的には、
・イオンビームスパッタ装置、イオンビームエッチング装置、電子線描画装置などを用いた人工マルチフェロイック物質の作製
・原子間力顕微鏡などを用いた試料評価
・フェムト秒レーザー励起による光第二高調波発生や磁気光ガルバノ効果の測定
などを行う。
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