New development of all-optical helicity-dependent magnetization switching

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14588
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Yamada Kihiro 東京工業大学, 理学院, 助教 (40874722)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 全光型磁化反転

Outline of Final Research Achievements

This research initially aimed to refine three parameters critical to all-optical helicity-dependent magnetization switching: film structure, pulse width, and wavelength. Specifically, in the context of wavelength, we achieved a significant breakthrough by the discovery of all-optical magnetization reversal. This magnetization reversal is triggered by the excitation of core electrons using circularly polarized x-ray pulses. The all-optical magnetization is rooted in x-ray magnetic circular dichroism. Furthermore, using our unique pump-probe measurement system, we demonstrated that the switching process is accomplished by multiple pulses rather than a single pulse.

Free Research Field

超高速分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物質の内核電子を強く励起することで発現する現象は多くあるが、光の基本特性である偏光状態を活用した例はない。高強度のX線自由電子レーザーの利用が可能となった今日は、X線を用いた強誘起現象にますます注目が集まっており、X線の円偏光状態を活用した本成果の波及効果は磁性分野に留まらず大きいと予想される。X線自由電子レーザーを用いた磁性体の超高速分光はヨーロッパのチームが先導してきたが、SACLAを用いた本成果を先駆けて発表できれば、新たな研究分野のフラグシップとしてSACLAの存在を強く世界に向けてアピールできる。