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特殊な磁性体を使い従来の約4倍高強度の光誘起テラヘルツ波発生に成功 ─素子の単純構造と白金不要な特長を生かして産業応用にも期待─

2024年6月7日『NPG Asia Materials』誌に論文掲載および6月10日プレスリリース

2024.06.10

現在、トポロジカルな電子構造を有する物質（トポロジカル物質）の基礎的研究が世界各国で精力的に行われています。トポロジカル物質の一つであるワイル磁性体は、巨大な異常ホール効果等を発生することが明らかとなり、国内外の大学や研究機関、企業で産業応用へ向けた材料開発の取り組みがすでに進んでいます。
 
東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）のマンダル ルマ（Ruma Mandal）助教（研究当時）ならびに同大学大学院工学研究科応用物理学専攻の門馬廉大学院生（研究当時）は、WPI-AIMRの水上成美教授、同大学学際科学フロンティア研究所の飯浜賢志助教（研究当時）らと共同で、代表的なワイル磁性体であるコバルト・マンガン・ガリウムホイスラー合金から発生する光誘起テラヘルツ波を観測し、典型的な磁性体からの発生と比べて強度が約4倍高いことを確認しました。
 
本研究では、ワイル磁性体であるコバルト・マンガン・ガリウムホイスラー合金の単結晶薄膜試料を様々な条件で作製し研究を進めた結果、ワイル磁性体に特有のトポロジカルな電子構造に由来する巨大異常ホール効果が、光誘起テラヘルツ波を増強していることが明らかになりました。ワイル磁性体における光とスピンの織りなす物性の理解を深めるとともに、新しい機能性を見出した成果と言えます。
 
これまでに開発されたスピン励起のテラヘルツエミッタ（発生器）に比べて発生するテラヘルツ波の強度はまだ低いですが、構造が単純で白金など高価な重金属は不要になります。これらの特長を生かし、今回の技術が次世代の検査技術やバイオ・医療など、様々な産業分野で用いられることも期待できます。
 
本研究は2024年6月7日に材料科学分野の学術誌NPG Asia Materialsのオンライン版に掲載されました。
 


図：(a) ワイル磁性体：コバルト・マンガン・ガリウムホイスラー合金（Co2MnGa）の結晶の模式図。 (b) 光誘起テラヘルツ波：現象の模式図。異常ホール効果を介して、パルス光が電場を誘起し、テラヘルツ波が放射される。本研究では磁性体薄膜に(a)のワイル磁性体を用いた。

論文情報：
タイトル：Topologically-Influenced Terahertz Emission in Co2MnGa with Large Anomalous Hall Effect
著者： *Ruma Mandal, Ren Momma, Kazuaki Ishibashi, Satoshi Iihama, Kazuya Suzuki, and *Shigemi Mizukami
*責任著者：東北大学 材料科学高等研究所 助教 Ruma Mandal （研究当時）、東北大学 材料科学高等研究所 教授 水上成美
掲載誌：NPG Asia Materials
DOI: 10.1038/s41427-024-00545-9
URL: https://www.nature.com/articles/s41427-024-00545-9
東北大学 大学院工学研究科
https://www.eng.tohoku.ac.jp/news/detail-,-id,2902.html
 
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