2021 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of collective excitations in solids by vortex beam
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19K22120
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
下志万 貴博 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (70581578)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 超高速電子顕微鏡 / 光渦 / コヒーレント音響フォノン / 磁気スキルミオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、光渦光学系の構築、調整、実験を行った。回折限界よりも小さなスポット径を有する光渦により局所的な温度勾配を引き起こすことによるスキルミオンダイナミクスの励起や固体中を伝搬する光誘起コヒーレント音響フォノンに関する実験を継続している。また、均一な光照射下において、収束イオンビーム法により形成した局所構造物をコヒーレント音響フォノンの極小な波源とする研究も継続している。イットリウム鉄ガーネット結晶を収束イオンビーム法により厚さ100nm程度の薄片に加工し、試料端にタングステン層を蒸着した。ここに試料全面を覆う近赤外光を照射すると、幅500nm程度の薄いタングステン層のみが光を窮することで急速な熱膨張を引き起こす。これを引き金として、薄片試料中を音速で伝搬する音響波を発生することに成功した。生成された音響波が、磁壁が交差する磁気渦に到達すると磁壁が広範囲にわたって振動を開始する現象を観測した。磁気渦が周期的な格子歪みによる変調を受けることでスピンの歳差運動が生じ、その影響が高速で磁壁に伝搬した可能性が示唆される。磁壁の振動は音響波と同じ周期を示すため、両者の因果関係が強く示唆される。格子歪みが励起するスピンダイナミクスに関しては多くの先行研究があるが、ピコ秒およびナノメートルの精度により実時間で可視化した研究例は非常に少ない。本研究により、光誘起音響波を利用したスピンダイナミクスの超高速制御において定量的な知見が得られた。研究期間全体を通して、ピコ秒およびナノメートルの精度を有する超高速電子顕微鏡法の確立により、局所加熱が引き起こす超高速現象の理解が大きく進展した。観測結果と数値シミュレーションとの比較により、薄片中の音響波の伝搬や磁壁の運動について定量的な比較が可能となった。
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Research Products
(7 results)
