2023 Fiscal Year Research-status Report
レーザーを用いたマグノン-フォノン混成スピントロニクス現象の実験的開拓
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23K19024
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
有沢 洋希 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70981033)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピンメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、レーザーを用いたスピン偏極フォノンの実験的励起・検出方法を確立し、フォノンのスピン角運動量に起因する新規マグノン-フォノン混成現象を実証・開拓することである。
本研究目的を達成するためには、マグノン及びフォノンの検出手法の確立が最重要事項である。そこで本年度はフェムト秒レーザーを用いた磁性体中の磁化及び歪みの測定系構築に取り組み、マグノン-フォノン結合の超高速ダイナミクスを高感度に検出する手法を確立した。実験では、大きなマグノン-フォノン結合を示す候補物質として、巨大な磁気弾性相互作用を示す磁性体Tb0.3Dy0.7Fe2に注目した。本物質にフェムト秒パルスレーザーを入射することで磁化及び歪みダイナミクスを誘起し、生じた磁化変化を入力パルスレーザーと同期したフェムト秒パルスレーザーにより時間分解検出することで、超高速磁化ダイナミクスの測定に成功した。また本物質表面を反射する入力レーザーパルスの反射率を同時測定する事で、入力レーザーに応じて本物質中に生じる歪みダイナミクスの高感度検出を実現した。ここで構築した磁化と歪みの時間分解同時測定系を用いれば、磁気弾性結合系で実現するフォノンスピン角運動量由来のマグノン-フォノン結合現象の実験的開拓が可能となる。さらに、Tb0.3Dy0.7Fe2中の巨大な磁気弾性相互作用を取り入れたレーザー誘起磁化/歪み応答の数値計算を行い、本物質中で生じる磁化-歪み結合ダイナミクスの典型的な時間スケールを定量的に評価することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究により、磁気弾性結合物質中の磁化ダイナミクス及び歪みダイナミクスを高感度に同時検出する測定系を構築した。これにより、磁化-歪み結合現象の超高速時間応答の実験的開拓が可能となった。さらに磁気弾性結合を加味した数値計算により、磁化-歪み結合ダイナミクスの時間スケールの定量的な見積りを行なった。以上の研究成果は、レーザーを用いた新規マグノン-フォノン結合現象の実証に向けた重要な研究指針となり、本研究目的完遂のための研究基盤が十分に整ったといえる。以上の事実を鑑みて、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、今年度構築した測定系を駆使し、磁気弾性結合物質中に生じる磁化ダイナミクスと歪みダイナミクスの超高速時間相関の検出を試みる。得られた実験結果を今回開発した数値解析手法と組み合わせることで、フォノンのスピン角運動量を包含した新規マグノン-フォノン結合現象の物理原理の解明を目指す。
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