量子センサを用いた磁性体ダイナミクスの可視化

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本研究はダイヤモンド中の窒素空孔中心 (NVセンタ) のセンサ応用としての実験技術を開発しながら、様々な磁性体におけるダイナミクスの測定を行うことを目的としている。昨年度は第一にNVセンタを含有するナノダイヤモンドを用いたロックインサーモグラフィー技術の開発を行った。NV センタは空間分解能の高い温度センサとして知られているものの、物性測定への応用例は少ない。そこで交流的な熱拡散を測定することで物質の熱拡散率を測定する手法を開発した。開発した手法をカバーガラス・テフロンに適応し、振幅・位相の空間分布による評価から物質による熱拡散率の違いがマイクロメートルスケールで観測できることを実証した。第二にイットリウム・鉄・ガーネット (YIG) のコヒーレントスピン波測定を行った。準備としてNVセンタ広視野顕微鏡に関してパルスプロトコルを実装しマイクロメートルスケールでのマイクロ波の空間分布が高精度に測定できることを確認した。その後、開発したシステムで YIG スピン波によって周囲に生じるマイクロ波を検出しコヒーレントな表面スピン波の観測に成功した。また YIGスピン波によるマイクロ波を外部からのマイクロ波と干渉させることで、スピン波の位相を検出することが可能であることを実証し、そこから分散関係が導出可能であることを確認した。今後は開発した測定プロトコルを拡張し、マグノンの微視的なダイナミクスの可視化を行う予定である。