東大，レーザー照射で鉄酸化物の消磁と金属化を観測

東京大学の研究グループは，独Helmholtz-Zentrum Berlinの研究グループと共同で，強磁性で絶縁性を示す鉄酸化物BaFeO₃の時間分解磁気円二色性測定を行ない，レーザーを照射することにより消磁と絶縁体から金属への転移の観測に成功した（ニュースリリース）。更にレーザー強度を上げていくことで，絶縁体であった薄膜が金属化すると同時に消磁していく時間が短くなることが分かった。

近年，物質科学分野においては電子の性質を活かした新機能を持つ物質開発の研究が盛んに行なわれており，特に，応用に向けては電子のスピンの自由度を活かしたスピントロニクスが注目を集めている。更にスピントロニクスでは高速化に向け，磁場ではなくレーザーなどの光によってスピンを制御することが，今後のデバイス応用に向けて盛んに研究されている。

研究では強磁性でかつ絶縁体である鉄酸化物BaFeO₃の薄膜に注目。このBaFeO3における鉄の価数は4価で，同じ鉄の4価には電気を流す金属性の物質SrFeO₃があり，結晶構造もほぼ同じで格子定数が異なるだけであるため，BaFeO₃にレーザーを照射することで温度の瞬間的な上昇を引き起こし，消磁だけでなく，絶縁体から金属への変化も期待できると考え，放射光軟X線を用いた時間分解磁気円二色性測定により，レーザー照射後のBaFeO₃薄膜の鉄のスピンの変化の様子の観測を目指した。

時間分解磁気円二色性測定はドイツの放射光施設で行なった。測定に用いた鉄酸化物の薄膜は，5mm×5mmの基板上に作製されており，単結晶で膜厚は 50㎚程度となっている。研究グループは，時間分解磁気円二色性測定を行なった。照射したレーザーの強度が弱い時には150ピコ秒程度の遅い時間スケールで消磁がみられていたが，強い時には消磁の時間スケールが放射光の時間幅である70ピコ秒程度と，消磁速度の振る舞いがはっきり変化した。

これはレーザー強度が高い場合に絶縁体金属転移が起こったためと考えられるという。レーザーにより励起される電子が一定の数を超えると金属状態が実現し，スピンの温度も速やかに上昇して早い消磁が起こると考えられるとしている。

この研究により，鉄酸化物において消磁と金属化の観測に成功した。絶縁体金属転移を利用すれば，レーザー強度に応じてスピンの振る舞いが変わる。今後，室温で強磁性を示す同様の物質において，レーザーによる磁気情報の書き込みなどの際に，熱アシスト磁気記録と同様にレーザー強度によって場所ごとに書き込む情報を変えるなどの応用につながることが期待できるとしている。