フェムト秒光パルスを用いた反強磁性体の超高速磁化制御

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20760008
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐藤 琢哉 The University of Tokyo, 生産技術研究所, 助教 (40451885)
• Keywords: 反強磁性体 / スピンダイナミクス / 超短パルスレーザー / 遷移金属酸化物 / スピントロニクス / 磁気光学効果

Research Abstract

反強磁性体の磁化ダイナミクスは強磁性体よりも桁違いに高速であることが理論的に予測されている。しかし, 超高速に磁化を制御し観測する手段が確立しておらず, その報告例はわずかであり, 予測が実証されたとは言えない。本研究では, 申請者がこれまで予備的成果を上げてきた反強磁性体を試料として.
1. 円偏光による光誘起磁化や逆ファラデー効果を利用して反強磁性体の磁化を制御する手法を開発する。
2. それを基にポンプ-プローブ法を用いて反強磁性体の超高速磁化ダイナミクスを観測する。
3. さらに, 従来法のパルス磁場より高速の超短パルス光による世界最速磁化制御を試みる。
以上を実現して, 次世代メモリーMRAM等のスピントロニクスデバイスの高速化を目指す。
今年度は磁化ダイナミクス測定装置の導入、データ収集解析プログラムの開発、赤外超短パルス光の開発、低温測定装置の導入など測定装置開発を目的としていた。
これらはすべて早期に達成され、実際に反強磁性体NiOを用いたポンプ-プローブ測定を開始した。
円偏光励起により、予想通りのサブpsの超高速逆ファラデー効果を見出した。これは円偏光した光の角運動量が物質に移行し、NiOが超高速に磁化したものと考えられる。また、この逆ファラデー効果は3次非線形光学過程として記述されることを示した。
NiOは軌道角運動量が消失しているため、これと類似の物質を調べることで、逆ファラデー効果における軌道角運動量の役割について、研究を進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] Ultrafast magnetization dynamics of antiferromagnetic compounds (2008)
  • Author(s): M. Fiebig, N. P. Duong, T. Satoh, B B. Van Aken, K. Miyano, Y. Tomioka, Y. Tokura
  • Journal Title: Journal of Physics D : Applied Physics 41 Pages: 164005(11)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Three-dimensional control of the antiferromagnetic order parameter in nickel oxide (2009)
  • Author(s): A. Rubano, T. Satoh, M. Fiebig
  • Organizer: Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)
  • Place of Presentation: Dresden, Germany
  • Year and Date: 2009-05-22
• [Presentation] 有機結晶DASTを用いた中・遠赤外超短光パルスの発生と評価(2) (2009)
  • Author(s): 遠矢祥弘、佐藤琢哉、芦原聡、志村努、黒田和男、高橋義典、吉村政志、森勇介、佐々木考友
  • Organizer: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] NiOの超高速非線形光学応答 (2009)
  • Author(s): 趙成鎮、佐藤琢哉、志村努、黒田和男、植田浩明、上田寛
  • Organizer: 日本物理学会「第64回年次大会」
  • Place of Presentation: 立教学院池袋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] Photo-induced Faraday effect in nickel oxide (2009)
  • Author(s): T. Satoh, S. J. Cho, T. Shimura, K. Kuroda, H. Ueda, and Y. Ueda
  • Organizer: MST-RIKEN Joint WS
  • Place of Presentation: Okinawa, Japan
  • Year and Date: 2009-03-04
• [Presentation] Generation of Mid-Infrared Ultrashort Pulses in DAST (2009)
  • Author(s): Y. Toya, S. Yamamoto, T. Satoh, T. Shimura, K. Kuroda, S. Ashihara, Y. Takahashi, M. Yoshimura, Y. Mori, T. Sasaki
  • Organizer: Advanced Solid-State Photonics (ASSP) Topical Meeting and Tabletop Exhibit
  • Place of Presentation: Denver, Colorado, USA
  • Year and Date: 2009-02-01
• [Presentation] NiOにおける超高速光力-効果 (2008)
  • Author(s): 佐藤琢哉、趙成鎭、植田浩明、上田寛、志村努、黒田和男
  • Organizer: 第19回光物性研究会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2008-12-05
• [Presentation] Ultrafast nonlinear optical birefringence in NiO (2008)
  • Author(s): T. Satoh, S. J. Cho, T. Shimura, K. Kuroda, H. Ueda, and Y. Ueda
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Anomalous Quantum Materials (ISAQM2008) and the 7th Asia-Pacific Workshop
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2008-11-07
• [Presentation] ポンプ-プローブ法によるNiOの光カー効果の測定 (2008)
  • Author(s): 趙成鎭、佐藤琢哉、植田浩明、上田寛、志村努、黒田和男
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan2008
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2008-11-05
• [Presentation] NiOにおける光誘起複屈折変調 (2008)
  • Author(s): 趙成鎭、佐藤琢哉、植田浩明、上田寛、志村努、黒田和男
  • Organizer: 日本物理学会「秋季大会」
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] 有機結晶DASTを用いた中・遠赤外超短光パルスの発生と評価 (2008)
  • Author(s): 遠矢祥弘、山本俊介、佐藤琢哉、芦原聡、志村努、黒田和男、高橋義典、吉村政志、森勇介、佐々木考友
  • Organizer: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2008-09-02
• [Remarks]
  • URL: http://qopt.iis.u-tokyo.acjp/pub/member/satoh/index_jp.html