2021 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, 理学研究科, 教授 (00579972)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保田 雄也 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (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, 主幹研究員 (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。放射光軟X線の時間構造を用いることで、時間分解スピンダイナミクスを目指した測定を行った。特に、ドイツの放射光施設BESSY IIにおいて、時間分解型のX線磁気円二色性と共鳴軟X線散乱を行った。一つ目の成果として、コバルト酸化物GdBaCo2O5.5の薄膜における磁気構造の超高速な変化の観測に成功し、反強磁性であった薄膜が強磁性となり，磁化が増加する様子を明らかにした。二つ目の成果として、ペロブスカイト型鉄酸化物La1-xSrxFeO3の薄膜における反強磁性磁気構造の超高速な変化の観測に成功し、0.1ピコ秒ほどの極短時間で反強磁性秩序が消失する様子を明らかにした。ここでは、ポンプレーザーとして波長800 nmのTi:Sapphireレーザーを用いている。
また、実験室の超短パルスレーザーを用い、1030 nmの赤外光で励起し、515 nmの可視光で磁区を観測する時間分解磁気光学Kerr効果顕微鏡を開発した。そして、垂直磁気異方性を持つ逆スピネル型ニッケルコバルト酸化物NiCo2O4の薄膜でのスピンダイナミクス観測に成功し、レーザー照射によって0.4ピコ秒の速さで磁化が減少する様子を明らかにした。NiCo2O4薄膜は、ハーフメタルの中でもスピン偏極率が0.7程度と比較的小さく、超高速消磁を実現できたと考えている。これは、空間と時間の両方を分解して観測する測定に成功したという重要な研究成果である。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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