New development of all-optical helicity-dependent magnetization switching

本研究の目的は、膜構造・パルス幅・波長の3条件をアップデートし、全光偏光依存磁化反転の磁気記録媒体への応用と同時にその物理の発展に貢献する新展開を創出することである。本年度はまず、近赤外から可視領域に中心波長をもつ従来のフェムト秒レーザーではなく、X線自由電子レーザー(XFEL)を用いた円偏光依存磁化反転を実証した。Pt/Co/Pt多層膜中の磁気分極したPt原子のＬ3吸収端を硬X線パルスにより強励起したとき、円偏光状態に依存して磁気ドメインが変化した。XFEL照射後の磁化状態の空間的な偏りがX線磁気円二色性(XMCD)とよく一致する。これは、磁化反転の円偏光依存性が、円偏光選択的な内核-外殻準位間での電気双極子遷移に由来するX線光子の吸収により生じることを意味している。さらに、2022B期のSACLAビームタイムにおいて、SACLAのシステムとフェムト秒レーザーを同期しながら、磁気ドメインの変化を時間分解撮像する測定系の構築に成功した。今後は、この測定系を用いて、磁化反転ダイナミクスの解明に注力する。さらに、フェムト秒レーザーではなくナノ秒レーザーを使用した円偏光依存磁化反転を調査した。QスイッチNd:YAGレーザー(パルス幅: 10 ns)を使用し、Pt(3 nm)/Co(0.6 nm)/Pt(3 nm)を励起した。磁気ドメインの変化が生じるよりも低いエネルギー密度で薄膜がダメージを受け、保磁力が変化した。光吸収により膜内に蓄積された熱のために、膜がダメージを受けたと考えられる。この問題には、強磁性層の膜厚を薄くし、キュリー温度を室温付近まで下げることで対処する予定である。

本研究の目的は、膜構造・パルス幅・波長の3条件をアップデートし、全光偏光依存磁化反転の磁気記録媒体への応用と同時にその物理の発展に貢献する新展開を創出することである。本年度はまず、近赤外から可視領域に中心波長をもつ従来のフェムト秒レーザーではなく、X線自由電子レーザー(XFEL)を用いた円偏光依存磁化反転を実証した。Pt/Co/Pt多層膜中の磁気分極したPt原子のＬ3吸収端を硬X線パルスにより強励起したとき、円偏光状態に依存して磁気ドメインが変化した。XFEL照射後の磁化状態の空間的な偏りがX線磁気円二色性(XMCD)とよく一致する。これは、磁化反転の円偏光依存性が、円偏光選択的な内核-外殻準位間での電気双極子遷移に由来するX線光子の吸収により生じることを意味している。さらに、2022B期のSACLAビームタイムにおいて、SACLAのシステムとフェムト秒レーザーを同期しながら、磁気ドメインの変化を時間分解撮像する測定系の構築に成功した。今後は、この測定系を用いて、磁化反転ダイナミクスの解明に注力する。さらに、フェムト秒レーザーではなくナノ秒レーザーを使用した円偏光依存磁化反転を調査した。QスイッチNd:YAGレーザー(パルス幅: 10 ns)を使用し、Pt(3 nm)/Co(0.6 nm)/Pt(3 nm)を励起した。磁気ドメインの変化が生じるよりも低いエネルギー密度で薄膜がダメージを受け、保磁力が変化した。光吸収により膜内に蓄積された熱のために、膜がダメージを受けたと考えられる。この問題には、強磁性層の膜厚を薄くし、キュリー温度を室温付近まで下げることで対処する予定である。