東北大,スピン波を光パルスで発生させて観測

東北大学の研究グループは,金属磁性体表面の磁気の波(スピン波)を光パルスで発生させ,高精度に観測することに成功した(ニュースリリース)。

磁性体には特異な磁気の波が存在することが古くから知られている。近年,磁気の波を情報の処理や伝達の媒体として用いる技術が提案され,その物理的性質の理解に加え,磁気の波の発生・制御・検出方法の研究が世界的に行なわれている。

これまで,フェライトやガーネット等の磁性絶縁体において,光パルスを用いた磁気の波の発生と観察の研究が進められてきたが,金属磁性体ではその明瞭な観察や定量的な解析の報告はなかった。

研究では,二つの光パルスを用いた高時間分解・走査型磁気光学顕微鏡を独自に構築し,光パルスによって金属磁性体に磁気の波を発生させ,ピコ秒の時間スケールで磁気の波が伝播する様子を精密に観測,定量的に解析することを世界に先駆けて達成した。

具体的には,二つの光パルスを用いた高い時間分解能を有する走査型のポン プ・プローブ磁気光学顕微鏡を独自に構築した。高強度の「ポンプ」光パルスが試料に集光され,光パルスが集光された半径約1ミクロンの領域から磁気の波が発生する。

顕微鏡に導入されたもう一つの微弱な「プローブ」光パルスを時間・空間的に走査し磁気の変化を検出することで,発生した磁気の波の伝播を時間分解検出することができる。

この研究の方法を用いることで,様々な金属磁性材料の磁気の波の性質を調べることができるという。それにより,より効率よく磁気の波が発生する材料の開発や,磁気の波がより高速で伝播する材料の開発など,磁気の波を用いた低消費電力・高速の情報処理デバイスの基盤となる新材料の開発に貢献するとしている。

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