超高速磁化ダイナミクスを磁気記録材料の設計へ 熱アシスト磁気記録（HAMR）では、記録媒体の磁化を瞬間的にレーザー加熱した状態で反転させるため、磁気異方性や保磁力だけでなく、磁化がどのような時間スケールで応答・緩和するかという動的磁気特性が重要になります。特に磁気記録媒体として用いられるL10-FePtは大きな垂直磁気異方性を有し、その磁化歳差運動は100 GHzを超えるため、従来のマイクロ波を用いた強磁性共鳴法による動的物性評価が困難でした。そこで本研究では、フェムト秒レーザーを用いた時間分解磁気光学カー効果（TRMOKE）により、FePtの超高速磁化ダイナミクスを直接観測し、磁気ダンピングなどの動的物性を材料パラメータとして定量化する研究を進めています。 研究対象は、基礎的な連続FePt薄膜から、実際のHAMR媒体に近いナノグラニュラーFePtへと展開しています。さらに、実際の記録過程では媒体が高温まで加熱されることに着目し、高温TRMOKE測定のためのＮＩＭＳ独自のセットアップを開発しました。これにより、高温加熱時における動的磁気特性を実験的に評価し、磁化反転過程を理解するための材料情報として扱うことが可能になりました。 さらに現在は、動的磁気特性の評価に加え、材料の微細構造や元素添加による磁気ダンピングの制御に取り組んでいます。L10-FePtでは、これまでダンピング定数の制御手法が十分に確立されていませんでしたが、微細ナノ構造の制御によってダンピング定数を大幅に低減できることを示しました。さらに、希土類元素の添加によって高温でのダンピング定数を増大できることも明らかにしました。 このように本研究では、超高速磁化ダイナミクスの観測 → 動的物性の定量化→ 動的物性を考慮した材料設計へと研究を展開しています。従来の磁化、保磁力、磁気異方性などに加えて、磁気ダンピングをはじめとする動的な磁気特性がスピンデバイスや磁気記録性能にどのような役割を果たすのかを明らかにし、次世代磁気記録材料の新たな設計指針へと発展させることを目指しています。

超高速スピン輸送とテラヘルツ波放射素子開発 フェムト秒レーザーによって磁性金属薄膜に生成される超高速スピン流は、非磁性重金属層において発現する、逆スピンホール効果と呼ばれるスピン-電荷変換現象を介してTHz波を大気中へ放射します。この現象は新しいTHz光源として注目されており、その高効率化には超高速スピン流の生成・輸送とTHz帯の電磁応答を材料物性の観点から理解することが重要です。本研究では、磁性材料の電子状態や輸送特性に着目し、材料設計による高効率なスピントロニクスTHzエミッタの開発を進めています。 これまでCoFeB系の磁性薄膜において、組成や熱処理によるTHz放射特性の変化を調べ、Δバンドのスピン分極、電気抵抗率、電子の平均自由行程が重要な材料パラメータであることを明らかにしてきました。THz放射の高効率化には高い電気抵抗率が有利ですが、一般に電気抵抗率の増大は電子の平均自由行程の低減を伴うため、強磁性金属層における超高速スピン輸送との間にトレードオフが生じます。 そこで、電子のスピンが片方だけに大きく偏極している、高いスピン分極率を有するハーフメタル材料に着目し、ホイスラー合金Co₂MnSiを用いたTHzエミッタの研究へと展開しました。その結果、Co₂MnSi/Ptでは結晶規則度の向上とともにTHz放射強度が増大し、CoFe/Ptを上回る放射強度が得られることを示しました。 本研究では、超高速スピン輸送とTHz波放射を支配する材料パラメータを明らかにし、電子状態、組成、結晶構造、界面の制御によって高効率なTHz波の発生・制御技術へと発展させることを目指しています。さらに、THz-TDSを活用して新材料のスピン輸送特性評価や、瞬間的なスピン流制御など、新たな材料研究にも取り組んでいます。