反強磁性金属における自励発振の研究

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初年度である2022年度は分子線エピタキシー法による成膜及びフェムト秒パルスレーザーを用いたスピンダイナミクス測定系構築の実験環境構築を行った。MgO(110)基板上にW(211)をエピタキシャル成長させ、その上にMn3Sn(1-100)を成長させる最適化を行った。Mn3Snは分子線セルを用いたMnとSnの共蒸着により行い、基板の成長温度、Mn3Sn膜厚、下地層の膜厚をパラメータとしてMn3Snの結晶性及びエピタキシャル歪を制御した。エピタキシャル歪の評価をX線回折と電気測定により行い、X線回折からは格子定数の違法性を、電気測定では異常ホール効果の角度依存特性から一軸磁気異方性の増強を確認した。歪を加えたMn3Snは磁気特性が通常と異なる可能性もあったため、磁気特性の評価を行った。超伝導量子干渉磁束計による磁化測定では本研究で用いるような薄膜反強磁性体の磁化は感度が足りず評価できないため、Mn-L端のX線磁気円二色性分光を行った。結果として薄膜の表面数ナノメートルに敏感な全電子収量法及び薄膜全体の特性を含む部分蛍光収量法の両方において良質な磁気円二色性信号を得た。本研究課題の研究費を用いて研究開始直後の２０２２年４月にフェムト秒パルスレーザーを発注した。Yb:KGW結晶をレーザ媒質に採用した高出力フェムト秒レーザーであり、研究室に元々設置されていたTi:サファイアレーザーと比べてレーザー強度が10,000倍大きく、時間分解磁気光学カー効果(TR-MOKE)を用いたポンププローブ測定を強いポンプ光で安定して行うことができる。納品は２０２３年１月であったが、現在用いている光学系に組み込みを精力的に行うことで２０２２年度内に測定の構築を一通り完了した。同一基板内で膜厚を変化させたウェッジ膜の測定が容易に可能となるよう、プログラムで自動制御可能なサンプルホルダを設計して導入した。