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【共同記者発表】超短光パルスで磁性体中に大振幅テラヘルツ・スピン波を励起 ~ 超高速・高効率磁気光学デバイスへ期待 ~ (九州大学)

○発表内容
九州大学大学院理学研究院の佐藤 琢哉 准教授は東京大学、立命館大学、京都大学、および海外の研究チームと共同で、フェムト秒光パルスを磁性体に照射することで、従来より高い周波数のテラヘルツ(注1)・スピン波を最高効率で励起することに成功しました(図)
光を用いた磁性体の超高速制御は、基礎・応用の両面から注目されています。可視光や近赤外光は主に電子の軌道角運動量と相互作用します。しかし、多くの磁性体では軌道角運動量が消失しているため、磁化と光との相互作用は大きくありません。本研究では、軌道角運動量が消失していない酸化コバルトに着眼し、フェムト秒光パルスを用いた大振幅のスピン波(磁化の波)励起を実証しました。また、反強磁性体(注2)はスピン波の周波数がテラヘルツ帯に達することが知られていますが、反強磁性酸化コバルトはその中でも最も高い周波数を示しました。
この結果は、電子スピンを用いる情報技術(スピントロニクス)における超高速かつ高効率な磁気光学デバイス(テラヘルツ放射源、光磁気記録など)の開発につながると期待されます。

本研究は、東京大学 生産技術研究所の黒田 和男 名誉教授(現・宇都宮大学特任教授)、志村 努 教授、飯田 隆吾 博士、立命館大学の是枝 聡肇 教授、藤井 康裕 助教、京都大学の植田 浩明 准教授、ドイツ・FAUの樋口 卓也 博士、ウクライナ・磁性研究所のBoris Ivanov教授、ロシア・NUST MISiSのVictor Butrim博士との共同研究です。本研究成果(タイトル:Excitation of coupled spin-orbit dynamics in cobalt oxide by femtosecond laser pulses)は、2017年9月21日(英国時間)に、英国科学雑誌Natureの姉妹誌「Nature Communications」にオンライン掲載されます。

○発表雑誌
雑誌名:Nature Communications
論文タイトル:Excitation of coupled spin-orbit dynamics in cobalt oxide by femtosecond laser pulses
著者:Takuya Satoh, Ryugo Iida, Takuya Higuchi, Yasuhiro Fujii, Akitoshi Koreeda, Hiroaki Ueda, Tsutomu Shimura, Kazuo Kuroda, V. I. Butrim & B. A. Ivanov
DOI番号:10.1038/s41467-017-00616-2

○問い合わせ先
九州大学 大学院理学研究院
准教授 佐藤 琢哉
〒819-0395 福岡県福岡市西区元岡744
Tel: 092-802-4084
研究室URL:https://ocmp.phys.kyushu-u.ac.jp/

東京大学 生産技術研究所
教授 志村 努
〒153-8505 東京都目黒区駒場4-6-1
Tel:03-5452-6139 Fax:03-5452-6140
研究室URL:http://qopt.iis.u-tokyo.ac.jp/

資料

 Fig1.jpg

図 測定の配置図

用語解説

(注1)テラヘルツ
1テラヘルツは1秒間に10の12乗回の振動数です。

(注2)反強磁性体
強磁性体は磁石に吸い付くのに対し、反強磁性体は磁石に吸い付きません。これは、反強磁性体の内部で隣り合うスピンが互いに反対方向を向き、全体として磁化が相殺されているためです。内部では強いスピン間相互作用が働いているため、共鳴周波数は数テラヘルツにも達することがあります。

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