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。

这项研究的目的是探索在相同频带中存在的光子和声子模式如何影响抗铁磁体中镁质的传播特性。特别是，在室温下表现出抗铁磁性和铁电特性的多效材料BifeO3不仅在其独特的强度下引起了人们的注意，而且还吸引了对镁动力学的研究，例如开发非互联性二色症，从而源自电场现场的磁场及其对电力晶体的应用，并且可以由电力晶体构成电力型晶体管。在2022财年中，使用飞秒脉冲激光器在抗铁磁性BifeO3单晶上进行泵探针成像测量，根据原始计划，在2.4 thz的Subterahertz区域和2.4 Thz的Subterahertz Region-Polaritons中同时激发并检测了抗fiferromagnetic镁。此外，通过将观察到的时空波形转换并可视化波数频率空间中激发强度分布的时间演化，可以看到抗磁磁磁体偶联到Subtererahertz带中的光子。这种键合状态（磁杆孔）仅在两种主要木元模式之一（ψ模式）之一中突出。发现更详细的是，需要在BiveO3上以千分尺尺度观察到该区域的铁电和抗铁磁域的空间结构的信息。结果，从2022财政年度结束时，我们一直在使用第二次谐波生成进行磁成像测量，以可视化同一样品中的抗磁磁体。