光誘起超短時間角運動量流による超高速磁化制御

利用光致超短时角动量流的超快磁化控制

基本信息

批准号：
21K04184
负责人：
塚本新
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、超短パルス光を原因・手法とし、磁性体内に角運動量流を誘起、副格子磁化構造および多層膜構造による過渡応答の設計と超高速分光計測により探究を進めるのが目的である。本年度は主に、前年度の知見に基づき、透明誘電体(光学干渉層)/希土類遷移金属フェリ磁性体GdFeCo垂直磁化膜からなる多層膜の、近赤外（中心波長800nm）超短パルス光に対する光学応答の内、光学干渉効果による光吸収特性および実行的磁気円二色性（左右円偏光に対する吸収エネルギー差）に注目し、検討を進めた。得られた注目すべき実験的知見として、光学干渉層厚の増大と共に、多層膜での光吸収エネルギー量が単調に増大する範囲（SiN厚：20～100nm）に於いて、実行的磁気円二色性は中間厚にて符号反転を示す事が明らかとなった。偏光依存型全光型磁化反転現象に対し、前者は超短パルス光誘起磁化反転に要する吸収光エネルギー閾値を、後者は、偏光依存特性の指標となる左右円偏光に対する吸収エネルギー差の強度および入射円偏光のカイラリティおよび磁化ベクトル間の符号関係を決定する性質であり、それらが異なる光学干渉特性を有する事を示す。さらに、全光型磁化反転を誘起可能な高強度超短パルス光に対し、非線形光学効果の寄与が想定されるが、光吸収特性、磁気光学効果への寄与につき検討を行い、比較的小さな水準である事も明らかとなった。また、異なる光誘起超短時間磁気励起機構の出現を図る多層構造試料として、①スピン軌道相互作用の大きな非磁性重金属層、②遍歴電子磁性を有する3d系金属磁性層、③大きな局在磁気モーメントを有しフェルミレベル付近の状態密度が低い4f系金属磁性層、④ 3d/4f系合金磁性層、の組み合わせからなる種々の多層構造体を作成し、熱平衡下における、磁気光学効果、異常ホール効果、異常ネルンスト効果等を評価し、それらの相関を明らかにした。

本研究的目的是利用超短脉冲光作为在磁体中诱发角动量流的原因和方法，利用亚晶格磁化结构和多层结构设计瞬态响应，并进行超高速光谱测量。今年，在去年研究成果的基础上，我们将主要研究近红外（中心波长800nm）超短脉冲光对透明电介质（光学干涉层）/稀土过渡金属组成的多层膜的响应在光学响应中，我们重点关注光学干涉效应和有效磁圆二色性（左右圆偏振光的吸收能量差异）引起的光吸收特性。获得的显着的实验结果是，在多层膜中的光吸收能量的量在范围(SiN厚度：20至100nm)内的有效磁圆的平方随着光学干涉层的厚度增加而单调增加时。很明显，色度在中间厚度处显示符号反转。对于偏振相关的全光磁化反转现象，前者是超短脉冲光致磁化反转所需的吸收光能量阈值，后者是左右圆偏振光的强度和入射吸收能量差，其中是偏振相关特性的指标，它是决定圆偏振光的手性和磁化矢量之间的符号关系的性质，并表明它们具有不同的光学干涉特性。此外，虽然假设非线性光学效应有助于高强度超短脉冲光引起全光磁化反转，但我们研究了其对光吸收特性和磁光效应的贡献，发现其贡献相对较小。这一点也已经很清楚了。此外，作为针对不同光感超短时磁激发机制出现的多层结构样品，我们开发了（1）具有大自旋轨道相互作用的非磁性重金属层，（2）3D金属磁性材料具有巡回电子磁性的层，以及（3）费米能级附近具有低态密度的大局域磁矩，④。我们创建了由3D/4F合金磁层组合组成的各种多层结构，评估了热平衡下的磁光效应、反常霍尔效应、反常能斯特效应等，并阐明了它们之间的相关性。