| 研究課題/領域番号 |
20J01422
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
松田 拓也 東京大学, 物性研究所, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | テラヘルツ分光 / ワイル半金属 / 反強磁性 / テラヘルツ / 非平衡ダイナミクス / 異常ホール効果 / 光物性 |
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| 研究実績の概要 |
１）前年度に成功した異常ホール伝導のテラヘルツ高速計測技術を応用し、強く光励起した直後の異常ホール伝導の時間変化を詳細に調べた。測定試料として用いたワイル反強磁性体Mn3Sn薄膜に対して5 TのDC磁場を印可して磁気ドメインを揃えた後、0.5 T弱磁場下・室温で測定を行った。近赤外超短パルスで強く励起した直後1 psの間に異常ホール伝導度が20 %ほど急激に減少し、その後数10 psかけて緩やかに元の状態へ戻るダイナミクスが観測された。バンド構造を考慮した計算から、1 psほどで起こる20 %の減少は電子温度の急激な上昇によって内因性異常ホール効果の変化に起因する可能性が考えられる。
２）物質の不可逆過程の分光測定や「励起密度」、「温度」、「時間遅延」などの多くのパラメーターを変化させるポンププローブ測定においてシグナルノイズ比の向上のため、シングルショットテラヘルツ分光系を立ち上げた。1 kHzの繰り返しのフェムト秒パルスレーザーを用いて中心周波数1 THzで10 kV/cmのテラヘルツ波パルスを発生し、そのパルスを5-6桁のS/Nでシングルショット検出が可能となった。
３）ワイル反強磁性のテラヘルツ高速磁化制御に向けて、テラヘルツ磁場及びテラヘルツ電場の双方を駆動力としたスピン反転実験に向けて検討を進めた。バルク反強磁性金属表面に侵入したテラヘルツ磁場による磁化反転の可能性や、反強磁性-常磁性金属のヘテロ膜に対してテラヘルツ電場を照射することによるスピン軌道トルクを利用した磁化反転の可能性を、理論モデル計算から詳細に検討した。その結果、いずれにおいても反強磁性磁化反転に必要な外場強度が得られる可能性を見出した。
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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
ポンププローブ分光計測を通して、ワイル反強磁性体Mn3Snの非平衡ダイナミクスについての深い理解が得られた。理論モデル計算から「テラヘルツ磁場」および「テラヘルツ電場」両方において反強磁性磁化反転に必要な外場強度が十分に得られることがわかり、反強磁性磁気秩序制御の可能性が開かれた。
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| 今後の研究の推進方策 |
パルス磁場と組み合わせたシングルショットテラヘルツ分光系の構築に取り組む。パルス磁場中シングルショットテラヘルツ分光系をワイル反強磁性体Mn3Snにおける磁気秩序の光スイッチングのデモンストレーションに適用することを検討する。
高強度テラヘルツ波パルス発生を行い、テラヘルツ電場および磁場によるテラヘルツ反強磁性磁化反転の検証実験を行う。
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