偏光依存全光型磁化反転の新展開

• 研究課題/領域番号: 22K14588
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分29010:応用物性関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山田 貴大 東京工業大学, 理学院, 助教 (40874722)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: 全光型磁化反転 / 強磁性金属薄膜 / 円偏光 / X線自由電子レーザー

研究開始時の研究の概要

円偏光フェムト秒光パルスの強磁性金属薄膜への照射により、光のヘリシティーに応じた磁化方向の制御が可能である。この偏光依存全光型磁化反転現象を磁気記録媒体の書き込みへと応用できれば、技術革新へと繋がり得る。本研究では、膜構造・パルス幅・波長の3条件をアップデートし、偏光依存全光型磁化反転の磁気記録媒体への応用と同時にその物理の発展に貢献する新展開の創出を目指す。

研究成果の概要

本研究では、膜構造・パルス幅・波長の3条件のアップデートを目指し、特に波長の観点から偏光依存全光型磁化反転の新展開を創出できた。円偏光X線パルスを用いて内核電子励起に由来する全光型磁化反転をはじめて実現し、磁化反転がX線磁気二色性に由来することを明らかにした。さらに、独自構築した時間分解測定システムを用いて、円偏光依存スピンダイナミクスを実時間で測定し、円偏光X線パルス誘起の磁化反転が多パルス課程により生じることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [雑誌論文] Sublattice-Selective Inverse Faraday Effect in Ferrimagnetic Rare-Earth Iron Garnet (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Hiraoka, R. Kainuma, K. Matsumoto, K. T. Yamada, and T. Satoh
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 号: 2 ページ: 023702-023702
  • DOI: 10.7566/jpsj.93.023702
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrafast spin-to-charge conversion in antiferromagnetic (111)-oriented L12-Mn3Ir (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Mao, Y. Sasaki, Y. Kobayashi, S. Isogami, T. Ono, T. Moriyama, Y. K. Takahashi, and K. T. Yamada
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 123 号: 21 ページ: 212401-212401
  • DOI: 10.1063/5.0168138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Four-terminal sensing of laser-induced anomalous-Nernst voltages (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Mochizuki, T. Obayashi, I. Sugiura, Y. Shiota, T. Moriyama, T. Ono, T. Satoh, and K. T. Yamada
  • 雑誌名: 2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers (INTERMAG Short Papers) 巻: aa ページ: 1-2
  • DOI: 10.1109/intermagshortpapers58606.2023.10308523
  • 査読あり
• [学会発表] 円偏光 XFEL励起によるフェリ磁性体 GdFeCo のフェムト秒磁気ダイナミクス (2024)
  • 著者名/発表者名: 小林 玲, 山田 貴大, 吉川 大貴, 小幡 竜世, 後長 葵, 笹倉 颯太, 秋山 裕輔, 竹村 海輝, 金島 圭佑, 富樫 格, 久保田 雄也, 塚本 新, 田中 義人, 鈴木 基寛,
  • 学会等名: 第37回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Magnetization reversal via x-ray magnetic circular dichroism (2024)
  • 著者名/発表者名: K. T. Yamada, A. Izumi, T. Ikebuchi, S. Okabe, M. Kubo, R. Obata, R. Kobayashi, Y. Kubota, T. Ohkouchi, Y. Shiota, T. Moriyama, T. Ono, I. Matsuda, T. Togashi, Y. Tanaka, and M. Suzuki
  • 学会等名: Iwate Spintronics School, 2024 Winter
• [学会発表] S. Mochizuki, I. Sugiura, T. Ono, T. Narushima, T. Satoh, and K. T. Yamada (2024)
  • 著者名/発表者名: Anomalous Nernst effect induced by laser irradiations in Co thin films
  • 学会等名: Iwate Spintronics School, 2024 Winter
• [学会発表] Co 薄膜におけるレーザー照射による異常ネルンスト効果の膜厚依存性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 望月 颯一郎, 杉浦 達, 小野 輝男, 佐藤 琢哉, 山田 貴大
  • 学会等名: Spin-RNJ 2023年度報告会
• [学会発表] Exciting magnetic materials by XFEL (2023)
  • 著者名/発表者名: K. T. Yamada
  • 学会等名: SACLA Users' Meeting 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Hall angle of L12-ordered antiferromagnetic Mn3Ir evaluated by terahertz emission spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Mao, Y. Sasaki, Y. Kobayashi, S. Isogami, T. Ono, T. Moriyama, Y. K. Takahashi, and K. T. Yamada
  • 学会等名: Intermag 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Four-terminal sensing of laser-induced anomalous-Nernst voltages (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Mochizuki, T. Obayashi, I. Sugiura, Y. Shiota, T. Moriyama, T. Ono, T. Satoh, and K. T. Yamada
  • 学会等名: Intermag 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Spin Hall Angle of L12-Ordered Antiferromagnetic Mn3Ir Assessed by Terahertz Emission Spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Mao, Y. Sasaki, Y. Kobayashi, S. Isogami, T. Ono, T. Moriyama, Y. K. Takahashi, and K. T. Yamada
  • 学会等名: PIERS 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrafast Magnetization Dynamics Induced by Irradiation of Circularly Polarized X-ray Free-Electron Laser (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuki, R. Izumi, K. T. Yamada, K. Kaneshima, R. Kobayashi, Y. Kubota, T. Togashi, T. Ohkochi, I. Matsuda, and Y. Tanaka
  • 学会等名: MRM2023/IUMRS-ICA2023
  • 国際学会
• [学会発表] 円偏光 XFEL励起によるフェリ磁性体 GdFeCo の超高速光磁気ダイナミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林 玲, 山田 貴大, 吉川 大貴, 小幡 竜世, 後長 葵, 笹倉 颯太, 秋山 裕輔, 竹村 海輝, 金島 圭佑, 富樫 格, 久保田 雄也, 塚本 新, 田中 義人, 鈴木 基寛,
  • 学会等名: 日本物理学会 第78回 年次大会
• [学会発表] Exciting magnetic materials by XFEL (2023)
  • 著者名/発表者名: Kihiro Yamada
  • 学会等名: SACLA Users' meeting 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetization switching by circularly polarized x-ray free electron laser (2023)
  • 著者名/発表者名: Kihiro T. Yamada, Akira Izumi, Tetsuya Ikebuchi, Sumiyuki Okabe, Masaki Kubo, Ryusei Obata, Rei Kobayashi, Yoshito Tagahashi,Yao Lyuxian, Yuya Kubota, Takuo Ohkochi, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Teruo Ono, Iwao Matsuda, Tadashi Togashi, Yoshihito Tanaka, Motohiro Suzuki
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] レーザー照射による異常ネルンスト効果の四端子測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 望月 颯一郎, 大林 尚文, 杉浦 達, 塩田 陽一, 森山 貴広, 小野輝男, 佐藤 琢哉, 山田 貴大
  • 学会等名: 7th Annual Meeting of the Spintronics Research Network of Japan
• [学会発表] Four-terminal sensing of the anomalous Nernst effect induced by laser illuminations (2023)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Mochizuki, Takafumi Obayashi, Itaru Sugiura, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Teruo Ono, Takuya Satoh, Kihiro T. Yamada
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Spintronic THz emitter with L12-ordered antiferromagnetic Mn3Ir (2023)
  • 著者名/発表者名: Huiling Mao, Yuta Sasaki, Yuta Kobayashi, Shinji Isogami, Teruo Ono, Takahiro Moriyama, Yukiko K. Takahashi, Kihiro T. Yamada
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Magneto-optical Kerr effect of a non-collinear chiral antiferromagnet Mn3Ir (2022)
  • 著者名/発表者名: Kihiro T. Yamada, Kotarou Yamaguchi, Yuta Kobayashi, Teruo Ono, Takahiro Moriyama, Takuya Satoh
  • 学会等名: 24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
  • 国際学会
• [学会発表] Magneto-optical imaging of magnetic domains in a noncollinear chiral antiferromagnet Mn3Ir (2022)
  • 著者名/発表者名: Kihiro T. Yamada, Kotarou Yamaguchi, Yuta Kobayashi, Teruo Ono, Takahiro Moriyama, Takuya Satoh
  • 学会等名: Magnetics and Optics Research International Symposium
  • 国際学会
• [図書] 光と物質の量子相互作用ハンドブック (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 琢哉, 山田 貴大
  • 総ページ数: 992
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860438265
• [図書] 光と物質の量子相互作用ハンドブック (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤琢哉, 山田貴大
  • 総ページ数: 992
  • 出版者: エヌ・ティー・エス株式会社