時間分解共鳴軟X線散乱およびパルス電子線回折による反強磁性スピンダイナミクス研究

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本研究の目的は、時間分解型のパルス電子回折および放射光X線を用いた共鳴軟X線散乱測定という世界的にも最先端の手法を用いることで、強相関電子系物質の結晶構造やスピン状態の超高速ダイナミクスを研究することである。特にフェムト秒領域の超短パルスレーザー照射下でこれらの物質の示す光誘起相転移に伴う構造と反強磁性状態変化に着目した研究を行う。本年度はスピン偏極したパルス電子線源を導入し、スピン偏極した電子線によるフェムト秒領域の時間分解型電子回折測定を行った。無偏極の電子線と同様に電子線の加速電圧は100keVに設定し、1kHzの超短パルスレーザーと同期した約3GHzのRF電場による電子線パルス幅圧縮という技術を用いて、ポンププローブ法によるフェムト秒領域の時間分解測定を実現した。スピン偏極した電子線でシリコン薄膜の電子線回折測定を行い、その時間分解能が２００フェムト秒以下であることを確認した。また、反強磁性と強誘電性が結合したBiFeO3薄膜の電子回折測定を行い、その光誘起ダイナミクス上に３００フェムト秒程度の周期のコヒーレントフォノンによる振動構造が現れることを見出した。このコヒーレントフォノンの周期は反強磁性と強誘電性が光誘起ダイナミクス上で結合しているモデルによって説明でき、この物質のマルチフェロイクス性と密接に関連していると考えられる。さらにスピン偏極電子線での測定も行い、反強磁性秩序と関連している回折ピークも観測された。