反強磁性体における光-フォノン-スピン間相互作用を用いた超高速磁化制御

利用反铁磁体中的光-声子-自旋相互作用进行超快磁化控制

基本信息

批准号：
22KJ1329
负责人：
貝沼凌
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、反強磁性体におけるマグノンの伝播特性に、同一周波数帯に存在するフォトンやフォノンモードがどのように影響するかを探求することである。とくに、室温で反強磁性と強誘電性の両方を示すマルチフェロイック物質BiFeO3は、その特異な強的秩序のみならず、電場活性なマグノンに由来する非相反方向二色性の発現や電場によって制御可能なマグノントランジスタへの応用など、マグノンダイナミクスの研究においても注目されている。2022年度は当初の計画に則り、反強磁性体BiFeO3単結晶においてフェムト秒パルスレーザーを用いたポンプ・プローブイメージング測定を行い、サブテラヘルツ領域における反強磁性マグノンと、2.4 THzのフォノン-ポラリトンの同時励起・検出を実現した。さらに、観測された時空間波形をフーリエ変換し、波数-周波数空間における励起強度分布の時間発展を可視化することで、反強磁性マグノンがサブテラヘルツ帯のフォトンと結合していることを明らかにした。この結合状態（マグノン-ポラリトン）は主要な2つのマグノンモードのうち片方（Ψモード）でのみ顕著に現れた。より詳細なマグノン-フォトン結合メカニズムの解明に当たっては、観測に用いたBiFeO3上の領域における強誘電性・反強磁性ドメインのマイクロメートルスケールでの空間的構造の情報が必要であることが分かった。これに伴い、2022年度終盤からは同試料における反強磁性ドメインの可視化を目指し、2次高調波発生を用いた磁気イメージング測定の構築を行っている。

本研究的目的是探讨同一频段中存在的光子和声子模式如何影响反铁磁体中磁振子的传播特性。尤其是多铁性材料BiFeO3，在室温下同时表现出反铁磁性和铁电性，不仅表现出其独特的强有序性，而且表现出源自电场活性磁振子的非互易方向二色性，在研究中也引起了人们的关注。磁振子动力学，包括可控磁振子晶体管的应用。 2022年，按照原计划，我们将利用飞秒脉冲激光对反铁磁BiFeO3单晶进行泵浦探针成像测量，同时探测亚太赫兹区域的反铁磁磁子和2.4 THz激发和声子极化激元。实现了检测。此外，通过对观测到的时空波形进行傅立叶变换并可视化波数-频率空间中激发强度分布的时间演化，我们揭示了反铁磁磁振子与亚太赫兹波段的光子耦合。这种耦合态（磁振子极化）仅在两种主要磁振子模式（Ψ 模式）之一中很明显。为了阐明更详细的磁子-光子耦合机制，我们发现需要有关用于观察的 BiFeO3 区域中铁电和反铁磁畴的微米级空间结构的信息。与此同时，从 2022 年底开始，我们将使用二次谐波生成构建磁成像测量，目的是可视化同一样本中的反铁磁畴。