| Project/Area Number |
21K14550
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
栗原 貴之 東京大学, 物性研究所, 助教 (60880151)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 揺らぎ / ノイズ / マグノン / 超高速分光 / 光物性 / テラヘルツ / ランダムテレグラフノイズ / オルソフェライト / 熱揺らぎ / 超高速 |
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| Outline of Research at the Start |
有限温度の固体中にはフォノンやプラズモン，マグノンなどの素励起が常に熱的に励起されている。室温におけるこれらの揺らぎは数THz程度のエネルギーを持つ。特に磁性体におけるスピン揺らぎは磁気相転移を生じさせる原動力となり，巨視的な秩序を支配していることから，そのダイナミクスの実験的測定は物性の理解において本質的に重要といえる。
ところが現状，こうした超高速領域における揺らぎを実時間測定する手法は未開拓である。本研究では，フェムト秒レーザーが磁性体試料中を透過した際に重畳するパルス毎の偏光ノイズを精密に計測することで，ピコ秒のマグノン揺らぎを自己相関関数として測定する手法を提案し，実証実験を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までで，フェムト秒ノイズ相関分光法の実験を高精度化することに成功した。これによりマグノンの揺らぎ相関ダイナミクスを高いS/N比で測定できるようになった。希土類オルソフェライトSm0.7Er0.3FeO3のスピン再配列相転移温度近傍において測定された揺らぎダイナミクスを計算と比較したところ，二重井戸型の磁気異方性ポテンシャル中において，ランダムテレグラフノイズ(Random Telegraph Noise, RTN)という確率現象が，数十ps程度というこれまでにない高速な時間スケールで生じていることが示された。前年度はこれらの結果を論文投稿し，Nature Communicationsに掲載された。同時に，これまで構築したフェムト秒ノイズ相関分光法の信号処理に関する技術的な要点をまとめた論文を別途投稿し，こちらは現在査読中である。さらに，発見されたRTNに関して知見を深めるべく，これまで系統的に変化させられていた試料温度やスポットサイズ以外のパラメータ依存性を測定できるよう，実験系の拡張に着手した。また，本手法による次なる計測対象としてSm0.7Er0.3FeO3以外の物質に関しても検討を始めた。
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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
固体中マグノンの揺らぎの実時間計測に関して技術的な原理実証を行うのが本研究の当初の目的だったが，それは既に達成され，さらにオルソフェライト中のピコ秒RTNという当初予想されなかった新現象を発見するに至った。対外的な発表も進めており，Nature Communications誌への論文掲載に加え，複数の国際会議から招待講演を依頼されるなど，超高速光物性分野において国際的に高い評価を得つつある。これらより，当初の予定を大幅に超えて進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，オルソフェライトのRTNに関して詳細な機構の調査を進めていく。また，異なる物質系での熱揺らぎダイナミクス測定に着手する。同時に，現在高速ロックインアンプで行ってきた揺らぎ抽出の信号処理方式の最適化を試み，計測速度のさらなる改善や，信号処理の簡便化に関して検討を行なう。
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