東北大学
学際科学フロンティア研究所

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白金混合で磁性体の光磁気トルクが従来比約5倍に増強 光を用いたスピンメモリやストレージ技術の開発加速に期待

2025年1月2日『Physical Review Letters』誌に論文掲載および1月7日プレスリリース

2025.01.07

現在、電子技術と光技術を融合する光電融合技術の開発に多くの機関や企業が取り組んでいます。光と磁気を用いたナノ磁性体(ナノは10億分の1)の制御もそのような次世代の融合技術の一つとして期待され、その基礎・応用に関する研究が精力的に進められています。
 
東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻の抜井康起大学院生は、同大学学際科学フロンティア研究所(FRIS)の飯浜賢志助教(研究当時;現在、名古屋大学准教授)ならびに同大学材料科学高等研究所(WPI-AIMR)の水上成美教授らと共同で、典型的な金属磁性体であるコバルトに白金を混合した合金ナノ薄膜の円偏光によって発生する光磁気トルクを観測したところ、白金を混合しないコバルトナノ薄膜に比較して約5倍大きな光磁気トルクが発生することを見出しました。光の強度を約5分の1に弱めても同じ効果を生じさせることができるため、より省エネルギーの光磁気デバイスの開発につながります。
 
本研究では、典型的な金属磁性体であるコバルトに様々な濃度の白金を最大で70%まで固溶した合金ナノ薄膜を作製し研究を進めた結果、白金元素に特有の相対論的量子力学効果が、円偏光によって発生する電子軌道角運動量に由来する磁気トルクを増強することが明らかになりました。
 
金属磁性体における電子軌道角運動量の物理に新しい知見を与えるとともに、光を用いて情報を書き込む高効率のスピンメモリやストレージ技術の開発に寄与する成果です。
本研究は2025年1月2日に学術誌Physical Review Lettersのオンライン版に掲載されました。
 

図:光磁気トルクによって駆動される磁気の運動をポンプ・プローブ時間分解磁気光学カー効果によって測定した実験データの例 (a) コバルトナノ薄膜 (b) コバルト白金ナノ薄膜(白金の比率は原子比65%)。(c) 測定した磁気の運動から評価された光磁気トルクの大きさと白金の比率の関係。面内ならびに面直方向の光磁気トルクのいずれも白金の混合比率とともに増大する。

論文情報:
タイトル:Light-induced torque in ferromagnetic metals via orbital angular momentum generated by photon helicity
著者:Koki Nukui, *Satoshi Iihama, Kazuaki Ishibashi, Shogo Yamashita, Akimasa Sakuma, Philippe Scheid, Grégory Malinowski, Michel Hehn, Stéphane Mangin, *Shigemi Mizukami
*責任著者:東北大学 学際科学フロンティア研究所 助教 飯浜賢志(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:Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.016701
URL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.016701
 
東北大学大学院工学研究科
https://www.eng.tohoku.ac.jp/news/detail-,-id,3076.html
 
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