光学イメージングによるフォノン角運動量の研究

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本研究の目的は、物質中の格子の回転によって生まれるフォノン角運動量を実証することである。フォノンの角運動量がマグノンへと遷移していることを示唆する効果として、スピン・回転結合を介した表面弾性波によるスピン波の生成が観測されているが、角運動量遷移のさらなる裏付けのためにはより定量的な手法が求められている。2022年度は電気的に測定した表面弾性波の透過信号から、フォノンからマグノンへのエネルギーの遷移を観測した。具体的には、ニオブ酸リチウム基板上に向かい合わせた表面弾性波励起用電極の中央にパーマロイ(NiFe)薄膜を製膜したデバイスを作製し、スピン・回転結合を介してスピン波共鳴を励起、観測した。また、広い周波数帯域で表面弾性波を励起可能な電極を設計、作製し、表面弾性波の励起周波数を連続的に掃引することで、パーマロイ薄膜のスピン波分散関係から求まる共鳴磁場の周波数依存性と一致する実験結果を得た。さらに、光学的な測定に向けて、サブGHz程度の表面弾性波によるサンプル表面の傾きを光で測定することにも成功している。