研究課題
本研究では、機能性人工物質の創製により生み出される新規なスピントロニクス機能の開拓を行うために、光の波長以下のサイズの人工構造を非磁性金属薄膜に作製しその対称性を制御することで、外場を印加することなく光の照射のみにより電流を生成し、その流れる方向を非磁性金属薄膜の2次元面内で360°自在に制御する機構の検証実験を行った。群論を用いた対称性の考察により、光の偏光方向により電流を生成・制御できる構造として3回回転対称構造を用いた。まず、非磁性金属として金（Au）を用い、イオンビームスパッタ装置、電子線描画装置、イオンビームエッチング装置などを利用し、光の波長以下のサイズの人工的な3回回転対称構造を導入したサブ波長人工物質（メタマテリアル）を作製することに成功した。次に、光の照射により生成される電流の大きさと方向を測定するための光学系を構築した。具体的な実験手法は、フェムト秒チタンサファイアレーザー（波長：800 nm、パルス幅130 fs、繰り返し周波数：80 MHz）から出た光を光チョッパーで1 kHz程度の周波数に落とし、試料（非磁性金属メタマテリアル）を励起した。試料の上下・左右方向に取り付けた電極間に流れる電流を今回導入したロックインアンプで検出することにより、誘起される光電流の大きさと方向を測定した。その結果、入射直線偏光の偏光方向を制御することで流れる電流の方向を360°自在に制御できることを明らかにすることができた。この結果をさらに発展させることで、光によるスピン流制御の新しい原理の開拓が期待される。
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すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)
Nature Photonics
巻: 10 ページ: 653-656
10.1038/nphoton.2016.146
npj Quantum Materials
巻: 1 ページ: 16012/1-6
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http://sspp.phys.tohoku.ac.jp/matsubara/
