Development of the ultrafast observation method of the thermal magnon noise dynamics

前年度得られた希土類オルソフェライトSm0.7Er0.3FeO3のピコ秒スケールにおける揺らぎ相関ダイナミクスをより高感度に取得するべく，実験系の様々な最適化を行った。対物レンズの高NA化によるプローブスポットサイズの小型化で，揺らぎ信号の絶対強度を一桁近く向上した。またプローブ時間遅延用の自動ステージを高剛性型に入れ替えることでスポットの空間重なりを厳密に規定し，実時間相関ダイナミクス上に重畳していたアーティファクトの除去に成功した。これら光学系の改善により信頼性の高いデータが比較的高速に取得できるようになったため，温度依存性の精密測定が可能になった。その結果，スピン再配列相転移近傍では相関信号の強度が増大するのみならず，そのコヒーレンス時間が劇的に長くなることが分かった。さらに，そのフーリエスペクトルは既知のマグノンダイナミクスと異なる低周波数のピークを持つことがわかった。これらの結果を解釈するために，各副格子スピンの熱的揺らぎダイナミクスを考慮した確率的な大規模Landau-Lifshitz-Gilbertスピンシミュレーションを行った。その結果，未知の低周波ピークがシミュレーションでも再現されることが判明した。計算された磁化の実時間ダイナミクスと実験結果を比較したところ，新たに発見されたスペクトルピークは，再配列相転移温度領域内において存在する磁気異方性ポテンシャル中の二つのエネルギー準安定状態の間で確率的に生じるスイッチングとして解釈できることがわかった。これらの結果は，THz帯域のスピンダイナミクスにおいてこれまで見過ごされてきた確率的ダイナミクスが重要な役割を持つ可能性を強く示唆している。上記の結果は論文にまとめ，現在査読中である。

前年度得られた希土類オルソフェライトSm0.7Er0.3FeO3のピコ秒スケールにおける揺らぎ相関ダイナミクスをより高感度に取得するべく，実験系の様々な最適化を行った。対物レンズの高NA化によるプローブスポットサイズの小型化で，揺らぎ信号の絶対強度を一桁近く向上した。またプローブ時間遅延用の自動ステージを高剛性型に入れ替えることでスポットの空間重なりを厳密に規定し，実時間相関ダイナミクス上に重畳していたアーティファクトの除去に成功した。これら光学系の改善により信頼性の高いデータが比較的高速に取得できるようになったため，温度依存性の精密測定が可能になった。その結果，スピン再配列相転移近傍では相関信号の強度が増大するのみならず，そのコヒーレンス時間が劇的に長くなることが分かった。さらに，そのフーリエスペクトルは既知のマグノンダイナミクスと異なる低周波数のピークを持つことがわかった。これらの結果を解釈するために，各副格子スピンの熱的揺らぎダイナミクスを考慮した確率的な大規模Landau-Lifshitz-Gilbertスピンシミュレーションを行った。その結果，未知の低周波ピークがシミュレーションでも再現されることが判明した。計算された磁化の実時間ダイナミクスと実験結果を比較したところ，新たに発見されたスペクトルピークは，再配列相転移温度領域内において存在する磁気異方性ポテンシャル中の二つのエネルギー準安定状態の間で確率的に生じるスイッチングとして解釈できることがわかった。これらの結果は，THz帯域のスピンダイナミクスにおいてこれまで見過ごされてきた確率的ダイナミクスが重要な役割を持つ可能性を強く示唆している。上記の結果は論文にまとめ，現在査読中である。