松原正和 准教授らの研究成果が東北大学からプレスリリースされました。

 

スピン流を光で完全に制御する新原理を開拓
超高速・高性能な光スピントロニクスデバイスの実現に期待

発表のポイント

  • ナノ空間(ナノは10億分の1)の対称性を人工操作した磁性メタマテリアルを新たに開発
  • 電子スピンの流れ(スピン流)を光の偏光状態により超高速で完全制御する新原理を開拓
  • 次世代のスピントロニクスデバイス設計の自由度を飛躍的に向上、超高速光スピントロニクスへの応用に期待

概要

今回、東北大学大学院理学研究科の松原正和 准教授らは、ナノ空間の対称性を人工操作した磁性メタマテリアルを新たに開発し、室温かつ超高速で、スピン流の伝搬方向や大きさを光パルスの偏光状態により完全制御する新原理を開拓しました(図1)。この成果は、次世代のスピントロニクスデバイス設計の自由度を飛躍的に向上させるだけでなく、従来の光科学技術・スピントロニクス技術をナノテクノロジーにより横断的かつ重層的に集積・発展させる超高速光スピントロニクスへの応用が期待されます。

本研究は、名古屋大学未来材料・システム研究所の加藤剛志 教授と岩田聡 教授(当時)、京都大学理学研究科の柳瀬陽一 教授、東京大学先端科学技術研究センターの渡邉光 助教らと共同で行ったものです。

本研究成果は、2022年11月7日(英国時間)発行の英国科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。

fig1
図1 研究の概念図
上段:光の偏光状態を表すポアンカレ球。光の任意の偏光状態は、ポアンカレ球上のある1点に対応する。赤道上の点はすべて直線偏光、北極と南極は左右円偏光、それ以外の点は楕円偏光に対応する。緯度によって偏光方向 θω を表し、経度によって楕円率角εωを表すことで、光の任意の偏光状態を表すことができる。
下段:ナノ空間の対称性を人工操作した磁性メタマテリアルを用い、非接触かつバイアス印加無しで、光の偏光自由度(偏光方向 θω 、楕円率角 εω)の利用によりスピン流(スピン偏極電流)Jm の伝搬方向 θm や大きさ |Jm| を超高速で完全制御する。

論文情報
雑誌名:「Nature Communications」
論文タイトル:Polarization-controlled tunable directional spin-driven
photocurrents in a magnetic metamaterial with threefold
rotational symmetry
著者: Masakazu Matsubara, Takatsugu Kobayashi, Hikaru Watanabe, Youichi Yanase, Satoshi Iwata, and Takeshi Kato
DOI番号:10.1038/s41467-022-34374-7

リンク
プレスリリース (東北大学Webサイト)
松原正和 Webサイト

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