2019 Fiscal Year Annual Research Report
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19J21797
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松本 慧大 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | ポンププローブイメージング / マグノン / フォノン-ポラリトン / カイラル磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、キラル磁性体において、スピン波 (マグノン)などの準粒子の励起と準粒子同士のカップリング、そして伝播を観測し、マグノン用いたデバイスへ向けた物性探索が目的である。詳細な物性理解のために、今年度は反射配置における磁気光学効果の測定系の構築を行った。また、マルチフェロイック物質でサイクロイド型磁気構造を示すBiFeO3におけるポンプ・プローブイメージング測定を行った。
次年度以降の研究で、光を透過しない物質の測定も可能にするため反射光の偏光変化を測定する静的な系を構築した。バランス検出法や回転検光子法などの様々な検出法や解析法の組み合わせにおける信号/ノイズ比を評価し、最も精度の良いもので数10 nrad程度のKerr回転角とKerr楕円率角を実現した。
また、BiFeO3単結晶において位相・時空間分解測定を行った。BiFeO3は、室温下でマルチフェロイクスを示す物質として知られ、複数のマグノンモードやフォノンモード、エレクトロマグノンなどが理論・実験によって実証されているため、準粒子同士のカップリングが大いに期待される。測定の結果、ポンプ光照射点付近に2.4 THzのフォノンモードと、530, 560, 740 GHzマグノンモードが観測され、同時にポンプ光中心から外側へ向かって光速の10%程度で伝播するフォノン-ポラリトンが観測された。我々は、フォノン-ポラリトンの電場ダイナミクスを、ストークスパラメータを用いることで成分ごとに選択的に検出できることを見出し、マクスウェル方程式を用いた数値計算との整合を確かめた。さらに伝播信号をフーリエ変換し、分散関係を計算した際560 GHzのマグノンとフォノン-ポラリトンの分散関係において分裂のような振る舞いを確認した。この結果はマグノン-フォノン-ポラリトンという磁気的な情報を光の速度の10%程度で伝達できることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究はキラル磁性を持つ物質に特有な物性を光測定によって明らかにするものである。
当初の予定では、反射配置のポンププローブ測定系を完成させる予定であったが、静的な磁気光学測定系を構築するにとどまった。またポンプ・プローブイメージング測定では、BiFeO3における素励起とその伝播の測定と物理的解釈に成功し、さらにマグノンとフォノン-ポラリトンのカップリングを示唆する結果を得るなど、一定の成果は得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度からは、マグノン-フォノン-ポラリトンの存在を示すため、低温におけるBiFeO3のポンプ・プローブイメージング測定を行う。マグノンとフォノン-ポラリトンの温度依存性は互いに異なるため、温度ごとの分散関係を測定し、カップリングの有無を直接示すことができる。
また、本年度構築した反射型磁気光学効果測定系を参考にし、ポンププローブ測定系を透過配置から反射配置に変え、ラマン散乱測定系における結果と比較しながら、金属カイラル磁性体の測定を行う。
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