New development of all-optical helicity-dependent magnetization switching

全光学螺旋性相关磁化开关的新进展

• 批准号: 22K14588
• 负责人: 山田 貴大
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14588/
• 关键词: 全光型磁化反転; 強磁性金属薄膜; 円偏光

本研究の目的は、膜構造・パルス幅・波長の3条件をアップデートし、全光偏光依存磁化反転の磁気記録媒体への応用と同時にその物理の発展に貢献する新展開を創出することである。本年度はまず、近赤外から可視領域に中心波長をもつ従来のフェムト秒レーザーではなく、X線自由電子レーザー(XFEL)を用いた円偏光依存磁化反転を実証した。Pt/Co/Pt多層膜中の磁気分極したPt原子のＬ3吸収端を硬X線パルスにより強励起したとき、円偏光状態に依存して磁気ドメインが変化した。XFEL照射後の磁化状態の空間的な偏りがX線磁気円二色性(XMCD)とよく一致する。これは、磁化反転の円偏光依存性が、円偏光選択的な内核-外殻準位間での電気双極子遷移に由来するX線光子の吸収により生じることを意味している。さらに、2022B期のSACLAビームタイムにおいて、SACLAのシステムとフェムト秒レーザーを同期しながら、磁気ドメインの変化を時間分解撮像する測定系の構築に成功した。今後は、この測定系を用いて、磁化反転ダイナミクスの解明に注力する。さらに、フェムト秒レーザーではなくナノ秒レーザーを使用した円偏光依存磁化反転を調査した。QスイッチNd:YAGレーザー(パルス幅: 10 ns)を使用し、Pt(3 nm)/Co(0.6 nm)/Pt(3 nm)を励起した。磁気ドメインの変化が生じるよりも低いエネルギー密度で薄膜がダメージを受け、保磁力が変化した。光吸収により膜内に蓄積された熱のために、膜がダメージを受けたと考えられる。この問題には、強磁性層の膜厚を薄くし、キュリー温度を室温付近まで下げることで対処する予定である。

这项研究的目的是更新薄膜结构、脉冲宽度和波长三个条件，并创造新的发展，将有助于全光学偏振相关磁化反转在磁记录介质中的应用及其物理的发展.今年，我们首次使用 X 射线自由电子激光器 (XFEL) 代替中心波长在近红外到可见光范围内的传统飞秒激光器，演示了圆偏振相关的磁化反转。当Pt/Co/Pt多层膜中的磁极化Pt原子的L3吸收端被硬X射线脉冲强烈激发时，磁畴根据圆极化状态而变化。 XFEL 照射后磁化态的空间偏振与 X 射线磁圆二色性 (XMCD) 非常吻合。这意味着磁化反转对圆偏振的依赖性是由对圆偏振光有选择性的内核和外壳层之间的电偶极子跃迁产生的 X 射线光子的吸收引起的。此外，在2022B SACLA光束期间，我们成功构建了一个测量系统，可以对磁域变化进行时间分辨成像，同时同步SACLA系统和飞秒激光。未来，我们将专注于使用该测量系统阐明磁化反转动力学。此外，我们使用纳秒激光而不是飞秒激光研究了圆偏振相关的磁化反转。使用 Q 开关 Nd:YAG 激光器（脉冲宽度：10 ns）来激发 Pt（3 nm）/Co（0.6 nm）/Pt（3 nm）。薄膜在低于磁畴发生变化时的能量密度下被损坏，导致矫顽力发生变化。据认为，由于光吸收而在膜内积聚热量，因此膜被损坏。该计划是通过减少铁磁层的厚度并将居里温度降低到室温左右来解决这个问题。

项目成果

Magneto-optical Kerr effect of a non-collinear chiral antiferromagnet Mn3Ir

非共线手性反铁磁体 Mn3Ir 的磁光克尔效应

• 发表时间: 2022
• 作者: K. T. Yamada;K. Yamaguchi;Y. Kobayashi;T. Ono;T. Moriyama;and T. Satoh
• 通讯作者: and T. Satoh

Magnetization switching by circularly polarized x-ray free electron laser

圆偏振 X 射线自由电子激光磁化切换

• 发表时间: 2023
• 作者: Kihiro T. Yamada;Akira Izumi;Tetsuya Ikebuchi;Sumiyuki Okabe;Masaki Kubo;Ryusei Obata;Rei Kobayashi;Yoshito Tagahashi,Yao Lyuxian;Yuya Kubota;Takuo Ohkochi;Yoichi Shiota;Takahiro Moriyama;Teruo Ono;Iwao Matsuda;Tadashi Togashi;Yoshihito Tan
• 通讯作者: Yoshihito Tan

レーザー照射による異常ネルンスト効果の四端子測定

激光照射四端测量反常能斯特效应

• 发表时间: 2023
• 作者: 望月颯一郎;大林尚文;杉浦達;塩田陽一;森山貴広;小野輝男;佐藤琢哉;山田貴大
• 通讯作者: 山田貴大

Exciting magnetic materials by XFEL

XFEL 激发磁性材料

• 发表时间: 2023
• 作者: Sato Yudai;Haze Masahiro;Nemoto Ryohei;Qian Wenxuan;Yoshizawa Shunsuke;Uchihashi Takashi;Hasegawa Yukio;Masahiro Haze;Kihiro Yamada
• 通讯作者: Kihiro Yamada

Four-terminal sensing of the anomalous Nernst effect induced by laser illuminations

激光照明引起的异常能斯特效应的四端传感

• 发表时间: 2023
• 作者: Soichiro Mochizuki;Takafumi Obayashi;Itaru Sugiura;Yoichi Shiota;Takahiro Moriyama;Teruo Ono;Takuya Satoh;Kihiro T. Yamada
• 通讯作者: Kihiro T. Yamada