円偏光・光渦を用いた新規光-スピン変換現象の探索

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光の角運動量の物質への転写、いわゆる光-スピン変換が高効率・高速な磁化制御手段として期待されている。本研究では、スピンおよび軌道角運動量を持つ光である円偏光と光渦を用いた新規光-スピン変換現象の探索および原理の解明を目的とした。当初の実験計画とは若干異なるが、本年度はパルスレーザー誘起テラヘルツ波放射を用いてビスマス(Bi)における円偏光-スピン変換の原理解明に注力した。近年Biにおける光-スピン変換由来のテラヘルツ波放射が報告されているが、光-スピン変換と電流-スピン変換の2つが同時に起こるために詳細が明らかではない。そこで、これら２つのスピン変換効果を分離するために、Biと典型的な強磁性体であるコバルト(Co)の二層膜における2種のテラヘルツ波放射の測定を実施した。その結果、Biにおける光-スピン変換とCoの超高速減磁によって生成される2種のスピン流ではスピン輸送特性が大きく異なることが実験およびシミュレーションによって明らかとなった。Biにおける光-スピン変換由来スピン流のスピン拡散長は１桁長く、光励起キャリアとフェルミレベル近傍のキャリアのスピン輸送特性の違いを反映していることが示唆された。これらはBiの半金属的な性質が関与していると考えられる。高効率なスピン変換が期待されるBiにおいて、重要な知見が得られた。以上の成果をPhysical Review Bに投稿(2023年度公開)した。学会発表に関しては、国際学会に４度、国内学会に２度参加し、口頭およびポスター発表にて成果報告をした。