| 研究課題/領域番号 |
16H03846
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
水上 成美 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (00339269)
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| 研究分担者 |
鈴木 和也 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (20734297)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | スピントロニクス / スピン流 / テラヘルツ波 / パルスレーザー / スピンポンピング |
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| 研究実績の概要 |
金属磁性体／非磁性金属二層膜にパルス光を照射すると、テラヘルツ波パルスが発生する。この現象は磁性体がパルス光を吸収することで超拡散スピン流が発生し、テラヘルツ波に変換されるため生じるとされるが、その現象の理解は全く十分ではない。本研究では、研究代表者の先駆的・独創的研究である「スピンポンピング効果」と「光励起テラヘルツ磁化ダイナミクス」を用いることで超高周波交流スピン流を創出し、その性質やスピン流・テラヘルツ波の変換機構を明らかにしつつ、スピン流を介した光・テラヘルツ波変換の実用可能性の知見を得る。以下、平成29年度の研究概要を記す。
１．インピーダンスミスマッチを低減しテラヘルツ波の輻射効率を増大させるため、下地／マンガンガリウム／保護層の三層構造における層の厚みや材料とテラヘルツ波輻射について調べた。その過程で、重元素を含まない規則合金下地／マンガンガリウム／絶縁体接合系でテラヘルツ波が発生することを見出した。これは特殊な規則合金下地の有する比較的大きなスピンホール角のためであると考えられると考えられるが、詳細はまだ明らかではなく、これを最適化した試料でスピンポンピング・スピン流の誘起するテラヘルツ波の検出を試みている。
２．0.2 THz 帯域以上の磁化歳差運動を示す磁性ヘテロ接合系を創成する目的で、よりMn濃度の高いマンガン系ナノヘテロ接合の作製を試み、試料構成の最適化を達成した。テラヘルツ波の観測を進めている。
３．すでに構築しているテラヘルツ波輻射検出光学系を改良し、時間分解磁気光学カー効果の同時検出を行えるような光学系の構築を達成した。
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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
計画のマンガン系材料を用いたテラヘルツ波輻射の検出にも成功しており、計画は順調に進んでいるといえる。中でも、重元素を含まない規則合金下地／マンガンガリウム／絶縁体接合系でテラヘルツ波が発生することを見出したことは、当初予想していなかった成果である。この試料構成を用いることで、マンガン系材料の厚みを極薄膜領域まで低減できるため、インピーダンスマッチングを取りやすく研究に幅を持たせることができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
0.5 THz以上の磁化才差周波数を示す他のMn系合金を用いた試料を作製し、テラヘルツ波の観測を行うとともに、交流スピン流・テラヘルツ波変換の変換効率と非磁性金属の関係について集中して研究する。その際、時間分解磁気光学カー効果も用いて、磁化ダイナミクスとテラヘルツ波の関係について定量的に調べることでメカニズムの解明に向けた研究を推進する。他方、上述のように重元素を含まない規則合金下地／マンガンガリウム／絶縁体接合系でテラヘルツ波が発生することを見出したことは当初予想していなかった成果であり、別個これも研究することで、光－テラヘルツ波変換効率の増大に向けた研究を推進する。
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