准教授)発表のポイント光アシスト磁化反転に伴うファラデー回転現象と、フェムト秒テラヘルツパルス光に同期して瞬時に磁化が応答する超高速現象をファラデー回転で観測しました。イプシロン酸化鉄フェライトにおける光アシスト磁化反転の観測は初めてです。磁化のテラヘルツ光への応答は400フェムト秒という例がない極めて短い時間に起こっていました。ナノ秒可視光レーザーを磁性フィルムに照射するとファラデー効果の符号がスイッチングし、光アシスト磁化反転が起こることが観測されました。磁性フィルムにパルスTHz光を照射すると、ファラデー回転が400フェムト秒(fs)という極めて短い時間で起こることが分かりました。時間ダイナミクスは、理論的にもデモンストレーションされています。高速動作回路磁気デバイスに貢献することが期待されます。Society」に掲載されます。発表内容ビッグデータ時代の高密度記録システムの開発には、機能ナノ材料の研究が不可欠です。磁性材料の研究は磁気記録システムに使えるため魅力的であり、特に、高保磁力の磁性ナノ粒子は磁気テープ(注1)などの磁気記録媒体にとって重要です。記録密度はその限界に達しており、磁気記録の分野ではいくつかの次世代書き込み方法が検討され始めています。磁気記録媒体の記録密度を高めるために、光または電磁波でアシストする磁気記録が可能性のある解決策と考えられています。そのため、イプシロン酸化鉄において光または電磁波でアシストする磁気記録が実現できれば、次世代の高密度磁気記録につながると期待されていました。本研究グループは、ε-Fe2O3の鉄イオンの一部を三種類の金属イオン(ガリウムイオン、チタンイオン、コバルトイオン)で置換したε-Ga0.27Ti0.05Co0.07Fe1.61O3(以下、GTC型イプシロン酸化鉄と呼びます)を合成し、磁気テープに用いられる樹脂を用いて磁性フィルムを作製しました(図1)。GTC型イプシロン酸化鉄の結晶構造(左)およびTEM画像(右)。結晶配向磁性フィルムを作製するためのスキーム。作製したGTC型イプシロン酸化鉄フィルムにおいて、磁化が反転しない程度の外部磁場を印加した状態で、ナノ秒可視光パルスレーザーを照射すると、磁化が反転することがファラデー効果(注3)を用いて観測されました。この結果は、GTC型イプシロン酸化鉄の磁性フィルムで光アシスト磁化反転現象を実証したことを意味しています(図2)。イプシロン酸化鉄フェライトにおける光アシスト磁化反転の観測は初めてです。nmナノ秒パルスレーザー光を照射する実験の概略図。nmにおけるファラデー楕円率により観察を行った。上図が光照射前、下図が光照射後を示している。ns)を照射すると、パルス光照射後にファラデー楕円率の符号が反転し、磁化が反転することが観測される(緑色)。光照射後に再度、磁気ヒステリシスを測定すると、磁気ヒステリシスループは初期の状態に戻る(黄緑色)。10ナノ秒のパルスレーザー光がGTC型イプシロン酸化鉄に光アシスト磁化反転を生じさせることができることを示している。(2)フェムト秒テラヘルツパルスに同期して瞬時に応答する超高速現象イプシロン酸化鉄(ε-Fe2O3)についても同様に磁性フィルムを作製し、高強度のTHzパルス光を照射する実験を行いました。無磁場下で磁性フィルムにTHzパルス光を照射すると、THzパルス光に同期して瞬時に磁化が傾き、THzパルス光が通過すると同時に元に戻る様子が観測されました(図3)。ε-Fe2O3磁性フィルムへの高強度THzパルス光の照射を示す実験の模式図。kOeの磁場に相当しており、高強度のTHzパルス光を用いている。nm)を用いてファラデー回転を計測することで観測した。N極方向およびS極方向から数サイクルのTHz光を試料に照射した場合のファラデー回転角の時間変化。THzパルス光を照射すると、ファラデー回転角の急激な変化が観察された。イプシロン酸化鉄フィルムのN極方向からTHzパルス光を照射すると、正の角度のファラデー回転を示し(左図)、S極方向からTHzパルス光を照射すると負の角度のファラデー回転ピークが観測された(右図)。fsという極めて短い時間に起こっていた。このファラデー回転角の変化は、照射した数サイクルのTHzパルス光と同じ時間幅で生じていた。磁化の応答はファラデー効果によりモニターされ、400フェムト秒(fs)(注4)という極めて短い時間で起こっていました。1ピコ秒(注5)よりも短い時間で書込/消失ができるということになります。時間ダイナミクスは、理論的にもデモンストレーションされています(注6)。テープ記録方式の可能性を示しました。本研究で観測したテラヘルツパルス超高速磁化応答は、1ピコ秒未満で書込/消失ができるため、これを用いると繰り返し周波数がテラヘルツである高速な演算が実現できます。2に相当する演算やn進法などの多進法の演算も実現可能であることを示唆しています(図4)。GoogleやFacebookといったウェブサービス会社など、さまざまな分野で使われ、その需要が急増している。kOe)を示すことを世界で初めて発見した。高周波ミリ波吸収を示すことなどを報告している。ε-Fe2O3とその金属置換体は、大容量データストレージ用の磁気テープにおける磁気記録材料や、高速無線通信用や自動運転支援システム用などのミリ波吸収用部材への展開が期待されており、ビッグデータやIoTなどの未来社会に有用な新素材として注目されている。London)にて特別展示された。電磁波や光を物質に透過させたときに、偏光面が回転する現象。磁性物質の場合は、磁化の大きさおよび磁極の方向によって偏向特性が変わるため、磁化の情報を得ることができる。フェムト秒1000兆分の1秒(10-15秒)に相当する時間単位。ピコ秒1兆分の1秒(10-12秒)に相当する時間単位。東京都文京区本郷7-3-1。