高速時間分解磁気光学イメージングを用いたスピン波分光学の構築

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本研究では、スピン波のバンド構造に起因する幾何学的位相効果を見出すことを目標としている。このためには、スピン波のバンド構造の変調・制御手法が重要となる。最終年度となる本年度は、磁気弾性結合を通じたスピン波のバンド構造に現れるベリー曲率による効果を観測することを目的に、弾性波と結合したスピン波の端面での反射ダイナミクスの観測と解析を試みた。また、磁気弾性結合の下でスピン波の分散関係に生じるギャップの定量評価を行った。１．磁気弾性結合を用いたスピン波分散関係の変調と端面での反射実験磁性体中のスピンと格子はスピン軌道相互作用や双極子相互作用により結合する。この結合によって生じるバンドギャップ近傍ではベリー曲率が有限になるとする理論研究がある。このため、実験的にバンドギャップ近傍のスピン波を磁気弾性結合を用いて選択的に励起することで、磁気弾性波と呼ばれるスピン波と弾性波の混合状態を形成し、この反射ダイナミクスを実時間実空間分解測定した。この結果、スピン波が端面で反射する際に二つに分裂する二色性反射現象を初めて観測し、理論数値計算と実験の比較から、磁気弾性結合に伴って弾性波のモード自由度がスピン波に移行されることを明らかにした。この成果はCommunications Physics誌に投稿、掲載された。２．磁気弾性結合によるスピン波ー弾性波コヒーレント振動現象の観測磁気弾性結合によってスピン波と弾性波が結合するとき、スピン波及び弾性波の緩和よりも結合強度が強い極限ではスピン波と弾性波がコヒーレントに相互変換するコヒーレント振動現象が期待される。このため、時間分解磁気光学イメージング法を拡張して時間方向の測定長を伸ばすことでコヒーレント振動現象の観測を試み、これに成功した。現在論文を執筆・投稿中である。