| 研究領域 | ナノスピン変換科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
26103004
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
大岩 顕 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (10321902)
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| 研究分担者 |
水上 成美 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (00339269)
塚本 新 日本大学, 理工学部, 教授 (30318365)
安藤 和也 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30579610)
佐藤 琢哉 九州大学, 理学研究院, 准教授 (40451885)
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| 研究期間 (年度) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| キーワード | 光学的スピン変換 / 円偏光 / 界面スピン変換 / スピンエレクトロニクス |
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| 研究実績の概要 |
水上は、金属ナノヘテロ接合における光励起コヒレントマグノンを調べ、ヘテロ接合に電界を印加することでマグノンダイナミクスを電気的にチューニングできることを示した。また、微小領域におけるコヒレントマグノンの時空間分解の観測精度を上げることで、光を用いた相反的なマグノン励起と、マグノン分散関係の可視化に成功した。塚本は全光型磁化反転現象発動に重要な働きを担う磁性薄膜内極短時間エネルギー散逸特性を、異なる電子比熱を有する多層構造を形成することで制御する指針を明らかにした。また、海外共同研究により磁性層/非磁性重金属構造へ超短パルス光を照射する事で極短時間スピン依存光誘起電流およびTHzパルス光発生が明らかとなった。佐藤は、世界最高水準の測定精度を持つ光誘起スピン波の時間分解イメージング測定システムを構築し、スピン波のトンネル現象を、位相を含めて時間分解イメージングすることに成功した。また、マイクロマグネティックシミュレーションの数値計算システムを構築し、実験結果の再現のみならず、非線形スピン波伝播についての知見も得られた。
安藤は、金属/絶縁体界面におけるスピン流生成現象の時間空間分解測定を行い、マグノン分裂に伴うスピン流増大現象の一般模型構築に必要なデータを収集した。この結果、スピン流生成の空間非一様性を見出し、これがマグノン分裂により顕著に変化することを明らかにした。さらに、パラメトリック励起を用いることで、スピン変換効率の波数ベクトルに対する系統的変化を初めて明らかにした。
大岩は、励起光率が高い重い正孔状態を使った光子から電子スピンへの量子状態変換を目指し、(110)GaAs量子井戸の時間分解カー回転の測定を行い、ゼーマン分裂した重い正孔状態を励起するための光源の狭帯域化など量子状態変換の条件を抽出した。一方で、２電子状態の多値読み出しを実現し、スピン検出の高精度化を実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度、水上は光励起コヒレントマグノン伝搬の観察が端緒についた段階であった。今年度はそのマグノン励起過程の物理解明とマグノン分散関係の可視化まで研究を進めると同時に、ヘテロ接合系の実験の道筋もつけている。領域内共同研究も進め学会等で成果を発表しており、研究は概ね計画通り進んでいるといえる。
塚本は、光照射に続く極短時間領域でのエネルギー散逸機構の検討において、電子比熱の異なる多層構造化による薄膜内極短時間エネルギー散逸特性制御指針を得た。さらに、海外共同研究により磁性層に非磁性重金属隣接層を付加することでスピン依存光誘起電流およびTHz光発生が明らかとなり、予想以上の成果が得られている。
佐藤は、光誘起スピン波の時間分解イメージング測定システムを計画通りに構築し、測定を開始した。またマイクロマグネティックシミュレーションの数値計算システムを構築し、予想を上回る結果を得ることができた。
安藤は、非線形過程を介した非自明なスピン変換現象の解明に向け、金属/磁性絶縁体界面におけるスピン流生成の系統的データが集まり、マグノン分裂・散乱によるスピン流増大現象の定性的理解が可能となった。更に、近年発見が相次ぐスピントロニクス現象の基盤である、マグノンと伝導電子間のスピン変換効率の顕著なモード依存性が明らかとなったことは、スピン変換現象の体系的理解に本質的となる重要な成果である。
大岩は、単一光子から単一電子スピンへの量子状態変換の実証には至っていないが、励起光のスペクトル幅など量子状態変換条件の抽出を達成した。またスピン読み出しの高精度化も達成した。また電子スピンコヒーレンス時間が長いSiGe自己形成量子ドットを実現し、光子－電子スピン変換の新しい材料系として期待できる成果を得た。
以上、いくつかの重要な知見が得られ、国際共同研究も推進できていることから、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
水上は、マグノン伝搬長が長く、かつスピン軌道相互作用の強く働くヘテロ接合系を他班と連携しながら探索・創成する。それらの試料と、今年度確立した手法を用いることで、光励起コヒレントマグノンの一方向伝搬の実証を目指す。また最終年度に向けて、非線形コヒレントマグノンの円偏光励起に関する実験を他班と連携して進める。
塚本はスピン/軌道寄与の異なる磁気構造を持つ複合磁性材料および偏光依存現象計測との相補的検討を行い、エネルギーおよび角運動量散逸に注目し超短時間光スピン作用過程の時間的構造を明らかにする。また、国内外連携も含み、極短時間光スピン作用に基づく電磁パルスや電流磁気効果の生成・検出・制御の研究も行う。
佐藤はフェリ磁性絶縁体中のマグノンの生成・制御・時間分解イメージングの研究を行う。特に室温におけるTHzマグノンの生成や、スピン波のトンネル効果に関する実験的研究や、非線形スピン波伝播に関する数値計算的研究と実験的検証を行う予定である。
安藤は金属/絶縁体界面における非線形スピン変換現象の体系的理解に向け、マグノン分裂下におけるスピン流生成の定量的且つ系統的測定を進める。特に、これまでの研究により明らかとなった、交換モード極限におけるユニバーサルなスピン変換効率と磁気双極子相互作用による系統的変換効率の変化の解明に向け、理論グループとの連携を進める。
大岩は(110)GaAs量子井戸の時間分解カー回転による量子状態変換の実証を継続しつつ、ドットを作成しそのスピン物性の解明と単一光子から単一電子変換の達成を目指す。並行してSiGe量子ドットへの光照射にも着手する。また公募研究との連携も進めもつれ変換の実験を推進する。
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