名大ら，テラヘルツ波⇒スピン流への変換機構を実証

名古屋大学，福井大学，東北大学，京都大学，東邦大学は，反強磁性体磁化ダイナミクスから生じるスピン流の検出に成功し，これまで知られていなかった反強磁性体におけるスピンポンピング効果によるテラヘルツ波⇒スピン流変換現象の微視的機構を明らかにした（ニュースリリース）。

反強磁性体はその磁気共鳴周波数がテラヘルツ領域にあるため，テラヘルツ波に応答する磁性材料として注目されている。近年様々なテラヘルツ材料が探索されているが，反強磁性体を利用するメリットとしてスピントロニクスとの親和性が挙げられる。

反強磁性体に内在するスピン自由度とテラヘルツ波との相互作用を利用することで，スピントロニクス技術とテラヘルツ技術を融合した新規デバイスが期待できる。

スピントロニクスにおいては，従来の電荷の流れである電流に代わってスピン角運動量の流れであるスピン流を主な情報担体として利用する。今回研究グループは，電磁波からスピン流への変換現象に関わるスピンポンピング効果に着目して研究を行なった。

スピンポンピング効果は，磁化ダイナミクス（磁化の回転運動）によるスピン角運動量が伝導電子へと移行されスピン流を生成する物理現象。これまで，スピンポンピング効果の発現機構は，物質中の磁気モーメントがすべて同じ方向に揃っているような“強磁性体”においては実験的・理論的によく理解されていた。しかしながら，隣り合う磁気モーメントが反平行に揃った反強磁性体において，その発現機構は実験的に未解明だった。

この効果を利用すれば，テラヘルツ波によって反強磁性体磁化ダイナミクスを励起し，その磁化ダイナミクスからスピン流が生成されることで，テラヘルツ波 ⇒ スピン流の変換が可能になる。つまり反強磁性体が，テラヘルツ波とスピントロニクスを架橋する材料になり得る。

研究では，反強磁性体α-Fe₂O₃（酸化第二鉄/ヘマタイト）の二つの磁化ダイナミクスモードに着目。α-Fe₂O₃70m/Pt5nm二層膜に135～201GHzのテラヘルツ波を照射することで磁化ダイナミクスを励起し，生じるスピン流を検出することで、反強磁性体におけるスピンポンピング効果の発現機構を明らかにした。

この成果は，テラヘルツ技術とスピントロニクス技術を融合した“テラヘルツスピントロニクス”の核心であるテラヘルツ波⇒スピン流変換を実証し，その機構を解明した極めて重要なマイルストーンとなるもの。

研究グループは，テラヘルツ波⇒スピン流変換効率向上だけでなく，反強磁性磁化とスピン流の相互作用物理のさらなる理解につながることが期待できる成果だとしている。