テラヘルツ磁化ダイナミクスの開拓

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24686001
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: テラヘルツ / スピントロニクス / 磁性体 / パルスレーザー

研究実績の概要

本研究では、高垂直磁気異方性を有する磁性体薄膜の示す数百ＧＨｚ以上のコヒーレント磁化才差ダイナミクスをパルスレーザーを用いて研究し、1 THz以上のコヒーレント磁化才差ダイナミクスを実用合金薄膜において観測することを主たる目的とする．最終的には，テラヘルツ領域における磁化ダイナミクスを開拓するとともに，テラヘルツ波応用への知見を得る．計画最終年度は、当初の計画に従い、次の事項について検討することで目的達成を目指した。

①超高磁気異方性磁場を有するフェリ磁性材料薄膜の磁化ダイナミクス　前年度に20 T前後の超高磁気異方性磁場を有するMn3Ge単結晶薄膜の作製に成功し、予備的評価から0.5 THzのコヒーレント磁化才差ダイナミクス（フェリ磁性の同位相モード）を観測している。本年度は、様々な条件で作製された試料の系統的評価を進めた。周波数は最大で0.56 THzであり、ダンピング定数は比較的小さい。また、光励起メカニズムは、熱的過程で定性的に説明できることが分かった。これらの結果の一部は国際会議や招待講演で報告された。

②積層フェリ磁性体における高周波磁化才差ダイナミクス　Mn系合金と他の磁性材料を積層すると強い反強磁性相互作用が生じることが前年度に見出されている。本年度は、これを発展させ、1 THzに迫る磁化ダイナミクスを示す高磁気異方性人工フェリ磁性多層膜の創製を試みた。いくつかの材料を検討した結果、ホイスラー合金Co2FeAlとMn-Ga合金の多層膜が良好な垂直磁化人工フェリ磁性を示すことを見出した（論文発表済）。この系においては、層の厚みを最適化することで、異方性定数が数Merg/cm3でかつ磁化がほぼ補償された試料が実現でき、Mn3Geと同様のテラへルツ磁化ダイナミクスを期待できる。これに対する磁化ダイナミクスの評価を現在も進めている。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Interfacial exchange coupling in cubic Heusler Co2FeZ ( Z= Al and Si )/tetragonal Mn3Ga bilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Ranjbar, K. Suzuki, A. Sugihara, Q. L. Ma, X. M. Zhang, T. Miyazaki, Y. Ando, and S. Mizukami
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 ページ: 17A332.1-4
  • DOI: 10.1063/1.4918764
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Artificially engineered Heusler ferrimagnetic superlattice exhibiting perpendicular magnetic anisotropy (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, X. M. Zhang, T. Miyazaki, and S. Mizukami
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 5 ページ: 7863.1-5
  • DOI: 10.1038/srep07863
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure and magnetic properties of tetragonal Heusler D022-Mn3Ge compound epitaxial films with high perpendicular magnetic anisotropy (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Sugihara, K. Suzuki, S. Mizukami, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: J. Phys. D. Appl. Phys. 巻: 48 ページ: 164009.1-5
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Detection of Millimeter-Waves by Magnetic Tunnel Junctions Using Perpendicular Magnetized L 1 0 -FePd Free Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Naganuma, G. Kim, Y. Kawada, N. Inami, K. Hatakeyama, S. Iihama, K. M. Nazrul Islam, M. Oogane, S. Mizukami, and Y. Ando
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 15 ページ: 623-628
  • DOI: 10.1021/nl504114v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Magnetization Precession and Damping for Magnetic Films with High Perpendicular Magnetic Anisotropy (review) (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigemi Mizukami
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 39 ページ: 1-7
  • DOI: 10.3379/msjmag.1412R001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetization Dynamics and Damping for L10-FePd Thin Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Iihama, M. Khan, H. Naganuma, M. Oogane, T. Miyazaki, S. Mizukami, and Y. Ando
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 39 ページ: 57-61
  • DOI: 10.3379/msjmag.1501R004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TETRAGONAL HEUSLER-LIKE Mn-Ga ALLOYS BASED PERPENDICULAR MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONS (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. MA, A. SUGIHARA, K. SUZUKI, X. ZHANG, T. MIYAZAKI, and S. MIZUKAMI
  • 雑誌名: Spin 巻: 4 ページ: 1440024.1-16
  • DOI: 10.1142/S2010324714400244
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Advancement in Heusler compounds and other spintronics material designs and applications (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami and A. A. Serga
  • 雑誌名: J. Phys. D. Appl. Phys. 48, 160301 (2015). 巻: 48 ページ: 160301.1-4
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/160301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gilbert damping constants of Ta/CoFeB/MgO(Ta) thin films measured by optical detection of precessional magnetization dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Iihama, S. Mizukami, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 174416.1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.174416
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low precessional damping observed for L10-ordered FePd epitaxial thin films with large perpendicular magnetic anisotropy (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Iihama, A. Sakuma, H. Naganuma, M. Oogane, T. Miyazaki, S. Mizukami, and Y. Ando
  • 雑誌名: Applied Physics Letter 巻: 105 ページ: 142403
  • DOI: 10.1063/1.4897547
  • 査読あり
• [学会発表] Tetragonal Mn-based alloy films for spintronics and THz wave applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigemi Mizukami
  • 学会等名: International workshop on Microwave Magnetic Materials and Application to Nano Information Devices
  • 発表場所: 東北大（仙台）
  • 年月日: 2015-03-13
  • 招待講演
• [学会発表] 磁性合金薄膜の示すサブテラヘルツ波領域の磁化ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 水上成美
  • 学会等名: 高周波スピントロニクス研究会
  • 発表場所: 産総研（つくば）
  • 年月日: 2015-02-20
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast magnetization precession in magnetic alloy films (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigemi Mizukami
  • 学会等名: Indo-Japan Workshop on Magnetism at Nanoscale (IJWMN)
  • 発表場所: National Institute of Science Education and Research, Bhubaneswar（インド）
  • 年月日: 2015-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] THz spin precession in Mn-based tetragonal Heusler and related alloy films (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, S. Iihama, A. Sugihara, K.Z. Suzuki, and T. Miyazaki,
  • 学会等名: 59th Magnetism and Magnetic Material Conference (MMM)
  • 発表場所: Hawaii（米国）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] 磁性合金薄膜におけるレーザー励起サブテラヘルツ磁化ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上成美
  • 学会等名: 「スピントロニクスの最前線」応用電子物性分科会/スピントロニクス研究会，共催研究会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京）
  • 年月日: 2014-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] Spin wave propagation in magnetic bilayers with L10-MnGa (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上成美，窪田崇秀，レザ ランジバル，飯浜賢志，杉原敦，馬勤礼，安藤康夫，鈴木和也，張憲民，宮崎照宣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
  • 年月日: 2014-09-20
• [学会発表] Spin-Wave Propagation Detected using All-Optical TR-MOKE Microscope in Permalloy Films (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Iihama, S. Mizukami, M. Endo, Y. Sasaki, A. Sugihara, H. Naganuma, M. Oogane, T. Miyazaki, and Y. Ando
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
  • 年月日: 2014-09-20
• [学会発表] High Power Laser Induced spin precessional dynamics of CoFeB Films (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木悠太，水上成美，飯浜賢志，永沼博，大兼幹彦，宮﨑照宜，安藤康夫
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] Laser induced THz spin dynamics in magnetic alloys (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigemi Mizukami
  • 学会等名: Symposium of “spin manipulation using light”, the Magnetics Society of Japan
  • 発表場所: Keio University（横浜）
  • 年月日: 2014-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] 磁性合金薄膜におけるスピン波伝搬の全光学的検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上成美，飯浜賢志，窪田崇秀，レザ・ランジバル，杉原敦，安藤康夫，宮﨑照宣
  • 学会等名: 第38回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 慶応大学（横浜）
  • 年月日: 2014-09-02
• [学会発表] 垂直磁化L10-FePd薄膜における低ダンピング定数 (2014)
  • 著者名/発表者名: 飯浜賢志, 水上成美, 永沼博, 宮崎照宣, 大兼幹彦, 安藤康夫
  • 学会等名: 第38回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 慶応大学（横浜）
  • 年月日: 2014-09-02
• [学会発表] L10-FePt薄膜のレーザー誘起超高速減磁過程 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木悠太，水上成美，飯浜賢志，永沼博，大兼幹彦，宮﨑照宣，安藤康夫
  • 学会等名: 第38回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 慶応大学（横浜）
  • 年月日: 2014-09-02
• [学会発表] Sub THz spin precession in D022 Mn alloy films with perpendicular magnetic anisotropy (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigemi Mizukami, Atsushi Sugihara, Kazuya Suzuki, Terunobu Miyazaki
  • 学会等名: IEEE International Conference on Microwave Magnetics 2014 (ICMM 2014)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-30
• [学会発表] Fast magnetization precession and damping of L10-FePd epitaxial thin films grown on SrTiO3 substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Iihama, S. Mizukami, H. Naganuma, T. Miyazaki, M. Oogane, and Y. Ando
  • 学会等名: IEEE International Conference on Microwave Magnetics 2014 (ICMM 2014)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-30
• [学会発表] Laser-induced fast spin precession controlled by interfacial exchange (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Iihama, S. Mizukami, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: IEEE International Conference on Microwave Magnetics 2014 (ICMM 2014)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-30
• [学会発表] Low Gilbert damping observed in L10-FePd thin films with large perpendicular magnetic anisotropy (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Iihama, S. Mizukami, H. Naganuma, T. Miyazaki, M. Oogane, and Y. Ando
  • 学会等名: 12th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: 東北大（仙台）
  • 年月日: 2014-06-26
• [学会発表] Laser-induced ultrafast demagnetization in L10-FePt films (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sasaki, S. Mizukami, S. Iihama, H. Naganuma, M. Oogane, and Y. Ando
  • 学会等名: 12th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: 東北大（仙台）
  • 年月日: 2014-06-25
• [学会発表] Tetragonal Mn-based metallic ferrimagnets for spintronics applications (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, A. Sugihara, Q. L. Ma, X. M. Zhang, T. Miyazaki
  • 学会等名: e-MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Lille（フランス）
  • 年月日: 2014-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] Mn系垂直磁化薄膜－磁性、磁気緩和、およびトンネル接合－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上成美
  • 学会等名: 第58回ナノマグネティクス専門研究会（日本磁気学会）
  • 発表場所: 中央大学（東京）
  • 年月日: 2014-05-23
  • 招待講演
• [備考] 水上研究室
  • URL: http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/mizukami_lab/