超短パルスＸ線レーザーによる多元系磁性化合物の超高速共鳴磁気光学現象の研究

• 研究課題/領域番号: 15J11137
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性I(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山本 真吾 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2016年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 共鳴磁気光学効果 / 自由電子レーザー / 磁性超薄膜 / スピンダイナミクス / 高次高調波 / 希薄磁性トポロジカル絶縁体 / 垂直磁気異方性

研究実績の概要

本年度は、以下の2つを主に行った。
1. 新規磁気光学分光手法の開発
本研究では多元系の磁性体に対して、サブピコ秒領域のスピンダイナミクスを元素選択的に追跡が可能な新規の磁気光学測定手法を開発している。本年度は本手法を大強度の自由電子レーザー(Free Electron Laser: FEL)と組み合わせることで、遷移金属磁性超薄膜から構成されるヘテロ構造の磁気ダイナミクスを捉えることを試みた。本研究では、我が国初の軟X線域のFELのビームラインSACLA SXFEL (BL1)で最初の利用ユーザーとして実験を遂行した。その結果、自ら成膜した磁性ヘテロ構造に対して、サブピコ秒領域の光誘起の磁気ダイナミクスの追跡に成功した。さらに、応用上重要な、電圧印可下での光誘起の磁気ダイナミクス測定も行った。本研究により、本手法はサブピコ秒領域を元素選択的に追跡できること、そしてサブナノメートルの面直磁化を有する磁性層に対しても十分な感度を持つこと、電圧印可下での磁気ダイナミクス測定が可能であることを実証した。
2. 軟X線領域での非線形分光
非線形光学は、実験室系の可視光レーザーを中心に研究がされてきた。その中でも2次の非線形効果の第二次高調波発生(Second Harmonic Generation: SHG)は、空間反転対称性を欠いた系でのみ起こり、表面・界面研究に広く適用されてきた。一方、軟X線域のSHG観測は、これまで大強度レーザーが存在しなかったため、報告されてこなかった。本研究では、新光源であるFELを使用して軟X線域のSHG観測を試みた。その結果、空間反転対称性の破れた結晶に対して、SHG信号の検出に成功した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] hermholtz zentrum berlin(ドイツ)
• [国際共同研究] FERMI@ELETTRA(イタリア)
• [雑誌論文] Ultrafast spin-switching of a ferrimagnetic alloy at room temperature traced by resonant magneto-optical Kerr effect using a seeded free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Sh. Yamamoto, M. Taguchi, T. Someya, Y. Kubota, S. Ito, H. Wadati, M. Fujisawa, F. Capotondi, E. Pedersoli, M. Manfredda, F. Casolari, Maya Kiskinova, J. Fujii, P. Moras, T. Nakamura, T. Kato, T. Higashide, S. Iwata, S. Yamamoto, S. Shin, and I. Matsuda
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 86 号: 8 ページ: 083901-083901
  • DOI: 10.1063/1.4927828
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本放射光学会
  • 発表場所: 神戸芸術センター(兵庫・神戸)
  • 年月日: 2017-01-07
• [学会発表] Vドープトポロジカル絶縁体BiSbTeの軟X線磁気円二色性の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本真吾, Yunbo Ou, 田口宗孝, 久保田雄也, 山本航平, 田久保耕, He Ke, 和達大樹, 松田巌
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス(石川・金沢)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本磁気学会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス(石川・金沢)
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] ラシュバ型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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学(宮城・仙台)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] ラシュバ型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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城・つくば)
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] ラシュバ型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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: ISSP Workshop
  • 発表場所: 物性研究所(千葉・柏)
  • 年月日: 2016-03-01