磁性体における高強度光を用いたスピン制御法の開拓

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本研究では高強度光による磁性体の新奇な高速磁化制御を目標に実験的研究を行った。特に近年2次元的なスピン構造が注目を集めるファンデルワールス層状磁性体を対象とし、その代表物質であるCrI3に焦点を絞って実験を行った。まず機械剥離法を用いてCrI3の5層程度の原子層薄膜を作成した。本試料は大気下では急速に劣化が進んでしまうために、アルゴン置換をしたグローブボックス内で作成し、さらに層状物質の原子層薄膜h-BNで封止することによって劣化の小さい試料を作ることに成功した。その試料を超伝導磁石内に導入した上で低温磁場下での磁化をHeNeレーザーを用いた磁気光学カー回転を測定することで検出した。さらに高強度ポンプ光を試料に照射した際の磁化変化を検出するために、Ti:Sapphire再生増幅器から得た高強度近赤外光（波長1260nm）をポンプ光、630nmの光をプローブ光とするポンププローブ測定系を構築した。バランス検出系を用いることでパルス光によってもHeNeレーザーと同様に磁化を測定することに成功した。また高強度赤外パルス光の下での物質応答を調べ、ポンプ光を当てながら磁場を掃引することでヒステリシスカーブがポンプ光が強いほど縮小することを確認した。物質の吸収や比熱などから計算される温度上昇と磁気転移の温度を検討した結果、ポンプ光によって起こる急激な温度上昇が高速な消磁過程を起こすことを明らかにした。またポンプ光の偏光を円偏光にした際にヘリシティによると考えられる有意な高速磁化変調を検出した。これは磁性体薄膜試料において初めて高強度光による磁化制御の可能性を示す結果である。さらに、磁性がない場合の半導体薄膜の基礎的な高強度光に対する電子応答を明らかにするために単層WSe2からの高次高調波発生を行い、その詳細な理解を実験、数値計算の両面から行った。本研究をまとめて論文1報の投稿を行った。