2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of soft x-ray ultrafast magnetic imaging for revealing time- and space- resolved spin dynamics
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19H01816
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
和達 大樹 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (00579972)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保田 雄也 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 博士研究員 (30805510)
関 剛斎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40579611)
山崎 裕一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主任研究員 (70571610)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピンダイナミクス / X線自由電子レーザー / 磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ピコからフェムト秒で動作するスピンデバイス開発に向け、スピンのダイナミクスを元素別に空間と時間の両方を分解して観測する測定によって、光や磁気によるスピンの励起状態であるマグノン、スキルミオン、磁化反転などの性質の発現機構解明を行うことである。
今年度具体的に得られた結果は下記のものである。放射光やX線自由電子レーザーの軟X線のコヒーレンスを用いることで、集光レンズを用いずに小角散乱の測定から実空間イメージングを行うコヒーレント回折イメージングを目指した測定を行った。特にSACLA BL1において、ダブルピンホールからの干渉縞を観測した。干渉縞のコントラストが100％に近く、SACLA BL1のコヒーレンスが極めて高いことを確認した。この光を用いて、磁性体試料Ta(5 nm) / [Gd (0.4 nm)/Fe0.9Co0.1 (0.34 nm)]80/Ta (10 nm)/Si3N4膜での測定を行った。54 eV (Co M端) で干渉縞に共鳴効果によると考えられる干渉縞の変化を観測した。この結果は磁区構造を反映したものと考えられる。さらに、磁区観察ユニットを用いたレーザー照射下磁区観察のセットアップを完成させた。レーザー照射後のGd22Fe70Co8薄膜の磁区観察から、レーザーの偏光に依存して磁区の違い明らかになった。磁化反転のダイナミクスの解釈のための実空間における重要な情報が得られている。これらの結果は、今後の空間と時間の両方を分解して観測する測定につながる重要な研究成果である。
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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
これまで当初の計画通り順調に研究が進展している。特に、SACLAにおいて時間分解磁気円二色性と時間分解磁気光学カー効果の測定システムを確立したのみでなく、コヒーレント散乱を開始することができた。X線のコヒーレンスを用いることで、集光レンズを用いずに小角散乱の測定から実空間イメージングを行うコヒーレント回折イメージングへの重要な一歩となった。さらに、カー顕微鏡による測定により、実際にレーザー励起磁化反転が見られたのも重要であり、今後のさらなる測定につながる成果であった。物質探索も進んでおり、SPring-8やSACLAなどの国内の放射光X線とX線自由電子レーザーに加え、ドイツの放射光施設BESSY IIも用い、酸化物で初めての例となる、光による反強磁性から強磁性転移へのを測定することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は下記のように研究を進める。SACLAのビームタイムに加え、実験室レーザーも併用することで、時空間分解測定の確立を行う。具体的には、SACLAのBL1の軟X線パルスと、実験室レーザーの高次高調波発生の両方で、軟X線パルス光(フェムト秒スケール)を用いた時間分解測定を行うことを目標とする。また、SPring-8やSACLAなど、国内外の放射光X線とX線自由電子レーザーを用い、遷移金属化合物の光誘起による新しい電子状態を探索する。特に、強磁性体の磁化の制御、遷移金属化合物の価数の制御、などにおいて、光でどのように新しい物性が得られるかに注目する。
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[Journal Article] Ultrafast demagnetization of Pt magnetic moment in L10-FePt probed by magnetic circular dichroism at a hard x-ray free electron laser2019
Author(s)
K. Yamamoto, Y. Kubota, M. Suzuki, Y. Hirata, K. Carva, M. Berritta, K. Takubo, Y. Uemura, R. Fukaya, K. Tanaka, W. Nishimura, T. Ohkochi, T. Katayama, T. Togashi, K. Tamasaku, M. Yabashi, Y. Tanaka, T. Seki, K. Takanashi, P. M. Oppeneer, and H. Wadati
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Journal Title
New Journal of Physics
Volume: 21
Pages: 123010-1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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