Study of spin dynamics in diluted magnetic materials using the soft X-ray resonant Kerr effect

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26400328
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松田 巌 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00343103)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 達 東京大学, 物性研究所, 助教 (50554705)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 磁気光学効果 / スピンダイナミクス / 磁性体 / 軟X線 / 自由電子レーザー

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では我々が開発した軟X線共鳴磁気光学カー効果の測定法を活かし、ヘテロ構造などの複雑な物質の磁性を元素選択的に研究をする。さらにX線自由電子レーザーなどの超短パルスレーザーと組み合わせた時間分解測定によって、そのスピンダイナミクスの追跡も目的としている。
本年度、我が国のX線自由電子レーザー(XFEL)施設において軟X線FELビームラインの供用が開始された。本ビームラインでは大強度かつフェムト秒パルスの軟X線が利用できる。そこで本研究では、この新しい光源を用いて軟X線共鳴磁気光学カー効果の実験を行った。磁性試料として厚さが1 nm以下の遷移金属の磁性膜とそれを挟む非磁性膜から構成されるヘテロ構造を用意した。試料は面直磁気異方性を有し、その起源は遷移金属の軌道磁気モーメントであることを確認した。
軟X線共鳴磁気光学カー効果は、散乱光を用いているため、外場下での試料測定ができる。そこで軟X線FELを用いた実験では試料に任意の磁場と電場をかけたまま測定を行った。時間分解測定では赤外線レーザーと軟X線FELによるポンプ-プローブ法で実施した。そして試料への光照射に伴う超高速消磁とその後の緩和の過程を100フェムト秒の時間分解能で追跡することに成功した。また本試料に対して強電場下での磁気光学の時間変化変化も測定することができた。
このように本研究で開発した新手法は微小試料に対しても十分な感度と元素選択性を有し、そして時間分解測定も実施できることが実証できた。今後、本手法は産学で開発された磁性材料及びスピントロニクス材料の評価での利用が期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] FERMI@ELETTRA/Consiglio Nazionale delle Ricerche/ELETTRA-Sincrotrone(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: FERMI@ELETTRA/Consiglio Nazionale delle Ricerche/ELETTRA-Sincrotrone
• [Int'l Joint Research] BESSY(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: BESSY
• [Journal Article] Capturing ultrafast magnetic dynamics by time-resolved soft x-ray magnetic circular dichroism (2017)
  • Author(s): Kou Takubo, Kohei Yamamoto, Yasuyuki Hirata, Yuichi Yokoyama, Yuya Kubota, Shingo Yamamoto, Susumu Yamamoto, Iwao Matsuda, Shik Shin, Takeshi Seki, Koki Takanashi, and Hiroki Wadati
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: １１０ Pages: 162401-1,-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4981769
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interface Electronic Structure at the Topological Insulator - Ferrimagnetic Insulator Junction (2017)
  • Author(s): Y. Kubota, K. Murata, J. Miyawaki, K. Ozawa, Kenichi, M. Onbasli, T. Shirasawa, B. Feng, Sh. Yamamoto, Ro-Ya Liu, S. Yamamoto, S. Mahatha, P. Sheverdyaeva, P. Moras, C. Ross, S. Suga, Y. Harada, K. Wang, and I. Matsuda
  • Journal Title: J. Phys. Condens. Matter Volume: 29 Pages: 055002-1,-6
  • DOI: doi:10.1088/1361-648X/29/5/055002
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polarization dependence of resonant magneto-optical Kerr effect measured by two types of figure-8 undulators, (2017)
  • Author(s): Y. Kubota, Sh. Yamamoto, T. Someya, Y. Hirata, K. Takubo, M. Araki, M. Fujisawa, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, M. Taguchi, S. Yamamoto, M. Tsunoda, H. Wadati, S. Shin, and I. Matsuda
  • Journal Title: J. Elec. Spec. Rel. Phenom. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: http://doi.org/10.1016/j.elspec.2016.11.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin Texture in Type II Weyl semimetal WTe2 (2016)
  • Author(s): B. Feng, Y.-H. Chan, Y. Feng, R.-Y. Liu, M.-Y. Chou, K. Kuroda, K. Yaji, A. Harasawa, P. Moras, A. Barinov, W. G. Malaeb, C. Bareille, T. Kondo, S. Shin, F. Komori, T.-C. Chiang, Y. Shi, and I. Matsuda
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 94 Pages: 195134-1,-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.195134
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ultrafast spin dynamics of magnetic metal alloys traced by resonant magneto-optical kerr effect using free electron laser (2017)
  • Author(s): Iwao Matsuda
  • Organizer: Frontiers in Theoretical and Applied Physics, UAE2017
  • Place of Presentation: AUS (UAE・Sharjah)
  • Year and Date: 2017-02-22 – 2017-02-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin dynamics at buried magnetic layers,probed by free-electron laser and synchrotron radiation (2017)
  • Author(s): Iwao Matsuda
  • Organizer: 日本表面科学会 関西支部25周年国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都市国際交流会館（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2017-01-24 – 2017-01-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 時間分解共鳴磁気光学効果/磁気円二色性測定によるAu/Fe/Au系の超高速消磁・緩和過程の追跡 (2017)
  • Author(s): 山本真吾, 山本航平, 高橋良暢, 丸山航平, 鈴木雄太, 久保田雄也, 伊藤俊, 福田憲吾, 大島大輝, 大和田成起, 加藤剛志, 藤澤正美, 保原麗, C. Schussler-Langeheine, 平田靖透, 山本達, 小嗣真人, 岩田聡, 和達大樹, 矢橋牧名, 辛埴, 松田巌
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター(兵庫県・神戸市)
  • Year and Date: 2017-01-09 – 2017-01-09
• [Presentation] 界面スピン軌道相互作用誘起のFe超薄膜の垂直磁気異方性の変化 (2016)
  • Author(s): 山本真吾, 山本航平, 田久保耕, 福田憲吾, 大島大輝, 加藤剛志, 岩田聡, 和達大樹, 松田巌
  • Organizer: 第40回日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県・金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-06 – 2016-09-06