2020 Fiscal Year Annual Research Report
強磁性材料の量子効果を用いた超高速低消費電力磁化制御法の開発
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19K21961
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Le DucAnh 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50783594)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピンダイナミック / 波動関数工学 / 超高速磁化制御 / ポンプアンドプローブ / 強磁性量子井戸 / 強磁性半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．角度分解光電子分光法を用いてN型強磁性半導体(In,Fe)Asのバンド構造の解明に初めて成功した。本萌芽研究では(In,Fe)As量子井戸構造において2次元波動関数の制御により超高速磁化変調を目指しているため、(In,Fe)Asのバンド構造の解明が大変重要である。本実験では(In,Fe)Asのバンド構造が明瞭に観測でき、フェルミレベルが伝導帯にあること、Fe不純物帯が伝導帯の底に位置することを明らかにした。このため(In,Fe)Asの電子キャリアの高いコヒーレンス性と強い磁気交換相互作用が両立できると考えられる。本成果をPhys. Rev. B雑誌に発表した。
２．閃亜鉛鉱構造FeAs（1原子層）/InAs超格子の結晶成長と物性制御に初めて成功した。FeAs原子層の間隔(InAsの膜厚)を短くすることより超格子全体の磁気特性（キュリー温度、巨大磁気抵抗効果）を急に増大させることに成功した。InAs膜厚が最短（5原子層）の構造で500％の巨大磁気抵抗効果が確認された。FeAs/InAs超格子構造は超高速磁化制御の有望な材料系だと考えられる。本成果はNature Communicationsへ投稿中である。
３．(In,Fe)As強磁性量子井戸において、波動関数制御によるサブピコ秒（660 fs）の超高速磁化増大に初めて成功した。実験にはフェムト秒パルスレーザーをポンプ光、フォトンエネルギー51 eVのＸ線自由電子レーザーをプローブ光として、時間分解共鳴磁気光学効果（Resonant Magneto-Optical Kerr Effect, XMOKE）測定を行った。試料には、In0.92Fe0.08As (10nm)/InAs (5 nm)の二層量子井戸構造を用意した。測定温度9 Kにおいて、ポンプ光によりプローブ光のカー回転角が660 fsで増加したことを確認し、(In,Fe)Asの磁化が超高速で増大した結果が判った。本成果の磁化増大の時間スケールは先行研究より1000倍も速く、世界最速の磁化増大が実現できたと言える。
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[Presentation] Ultrafast enhancement of magnetization in ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As quantum wells2020
Author(s)
Le Duc Anh, Masaki Kobayashi, Takahito Takeda, Kohsei Araki, Ryo Okano, Toshihide Sumi, Masafumi Horio, Kohei Yamamoto, Yuya Kubota, Shigeki Owada, Makina Yabashi, Iwao Matsuda, Masaaki Tanaka
Organizer
2021年 第68回応用物理学会春季学術講演会
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