高い時空間分解能を持つ超音波計測法と微細加工技術を融合した磁性ナノデバイスの開発

本研究ではフェムト秒パルスレーザーを用いた超高速ポンププローブ計測法と電子線リソグラフィを用いたナノメートルオーダーの微細加工技術を組み合わせ、フォノン(超音波)による磁壁の移動現象の実験的解明を目指して研究を行った。電子線リソグラフィを用いることで独自に提案した形状のデバイスを作製し、ナノワイヤの方端部にポンプ光を照射して超音波を励起し、もう一端まで伝播してきた超音波をプローブ光の反射率変化を通して検出することに成功した。その計測の結果、ナノワイヤ中を伝わる2つの現象を発見した。1つはポンプ光の照射後、100 ps以内に数ミクロンの距離を伝播するパルス的な応答である。もう1つは1000 ps以上経ってから数ミクロンの距離を伝播してくる振動的な応答である。細線の材料や寸法を変えるとパルス応答の振幅や、振動の周波数や伝播時間にも変化が現れた。これらは細線中を伝わる電子や超音波の応答を捉えていると考えられ、今後これを用いることで磁壁の移動現象の実験へとつなげることが可能となった。また光学系を改築し、磁気光学Kerr効果をピコ秒オーダーにおいてとらえることで磁化の超高速動的挙動も観測することができるようになった。本研究で構築した光学系では、検出光の分離方法を変えるだけで同一の励起条件下における磁化の応答と超音波の応答をそれぞれ独立に計測できる。これにより超音波の挙動と磁壁・磁化振動の挙動を時間領域において計測できるようになり、これらの相互作用を解明することができるようになった。

本研究ではフェムト秒パルスレーザーを用いた超高速ポンププローブ計測法と電子線リソグラフィを用いたナノメートルオーダーの微細加工技術を組み合わせ、フォノン(超音波)による磁壁の移動現象の実験的解明を目指して研究を行った。電子線リソグラフィを用いることで独自に提案した形状のデバイスを作製し、ナノワイヤの方端部にポンプ光を照射して超音波を励起し、もう一端まで伝播してきた超音波をプローブ光の反射率変化を通して検出することに成功した。その計測の結果、ナノワイヤ中を伝わる2つの現象を発見した。1つはポンプ光の照射後、100 ps以内に数ミクロンの距離を伝播するパルス的な応答である。もう1つは1000 ps以上経ってから数ミクロンの距離を伝播してくる振動的な応答である。細線の材料や寸法を変えるとパルス応答の振幅や、振動の周波数や伝播時間にも変化が現れた。これらは細線中を伝わる電子や超音波の応答を捉えていると考えられ、今後これを用いることで磁壁の移動現象の実験へとつなげることが可能となった。また光学系を改築し、磁気光学Kerr効果をピコ秒オーダーにおいてとらえることで磁化の超高速動的挙動も観測することができるようになった。本研究で構築した光学系では、検出光の分離方法を変えるだけで同一の励起条件下における磁化の応答と超音波の応答をそれぞれ独立に計測できる。これにより超音波の挙動と磁壁・磁化振動の挙動を時間領域において計測できるようになり、これらの相互作用を解明することができるようになった。