光物理学：光波による磁性の動的制御

初期の多くの実験で観測され、マクスウェル方程式にまとめられた電子的現象と磁気的現象の謎めいた相互影響によって、現代電磁気学の発展が推し進められてきた。今日では、超短レーザーパルス電場を十分制御して発展させることによって、物質の電子的特性の直接的な超高速調節が可能になっている。これは、光波エレクトロニクスの要である。一方、光とスピンの間には一次の相互作用がないため、物質の磁気的特性は、一連の光励起とそれに続くスピン構造の再配列を通して、間接的かつはるかに長いタイムスケールでしか影響を受けない。今回我々は、超高速コヒーレント磁性の領域を取り入れ、強磁性積層体の磁気的特性を光の電場振動によって直接操作することで、外部刺激に対する磁気応答時間を2桁短縮できる方法を示す。我々は、展開するダイナミクスを実時間で追跡するために、アト秒時間分解磁気円二色性検出方式を開発し、光場駆動コヒーレント電荷再配置に同調して光誘起スピン・軌道運動量移行が起こることを明らかにした。我々は、ab initio量子力学モデリングと併せて、この機構によってスピントロニクス機能に不可欠な電子的特性と磁気的特性の同時制御を可能にする方法を示す。今回の研究結果は、初期の非散逸時間領域におけるスピンダイナミクスと巨視的磁気モーメントの光場コヒーレント制御を明らかにするとともに、光周波数が将来のコヒーレントスピントロニクス応用、スピントランジスター、データ記憶媒体の速度限界となることを確立するものである。

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