Control of magnetization by terahertz pulses and ferromagnetic spin dynamics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: NAKAJIMA MAKOTO 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 好田 誠 東北大学, 工学研究科, 教授 (00420000)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: テラヘルツ / 磁性体 / マグノン / スピン流 / テラヘルツ放射 / メタマテリアル

Outline of Final Research Achievements

We performed the research on ultrafast spectroscoy to clarify the ultrafast spin dynamics under terahertz wave excitation and optical excitation. We experimentally demonstrated the contribution of magnon by electronic excitation and phonon excitation in the photoexcitation process, and the direct excitation and control of magnon by terahertz excitation. Terahertz emission from photoexcited spin currents has also been investigated. Control of the terahertz-excited spin reorientation transition was achieved by resonance excitation of the magnetic mode using the terahertz magnetic field enhancement effect of metamaterials. We also succeeded in measuring the spatio-temporal distribution of the electric field contraction process of the Coulomb field induced by the relativistic electron beam pulse by using the electro-optical effect using terahertz wave technology.

Free Research Field

テラヘルツ工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた成果は、テラヘルツ・光による超高速スピン操作に関するものであり、高速スピントロニクスの領域に役立つものとなる。また、光励起スピン流からのテラヘルツ波放射は、スピン流が十分テラヘルツ領域で動作することを示す例であり、光からスピン流や、スピン流からテラヘルツ波・光への変換を実施したことに対応する。テラヘルツ領域で直接磁化を制御したり、テラヘルツ放射で情報が得られることがわかり、磁性材料の超高周波領域でも十分動作することが確認され、今後Beyond５Gや６Gとして次世代通信にも利用される領域での磁性材料の新たな高い可能性が確認された。