yrammuS 要概松原 正和56Masakazu MATSUBARA森田 健57Ken MORITA機能的スピンナノ構造の新しい光検出技術の開拓(2020採択)Development of novel optical detection techniques for functional spin nanostructures(Project 2020)THz パルスドリフトによるスピンホール効果時空間ダイナミクス計測(2020採択)Spatio-temporal dynamics measurement of spin Hall effect using THz pulse drift technique(Project 2020)51Rep. Grant. Res., Asahi Glass Foundation (2022)近年，磁性体におけるナノスケールの渦状スピン構造が，物質中で電気と磁気を結びつける電気磁気交差相関機能の出現など，従来に無い新しい電子機能創出の観点から注目を集めている．このような「機能的スピンナノ構造」の多くはマクロな磁化や電気分極を持たないため，これまで直接的な検出・評価は簡単ではなかった．本研究では，機能的スピンナノ構造の1つである磁気トロイダル（磁気の渦）を微細加工技術を用いて人工的に実現・制御し，それを非線形光学効果を用いて非破壊・非接触で直接検出する手法を開拓した．これにより，従来の物質合成手法とは異なるアプローチによる電気磁気交差相関機能の精密制御や室温動作，磁気を利用した光の波長変換技術の開発など，物質科学の諸分野にまたがる最先端物質の機能解明や新機能の創出への貢献が期待される．Recently, nanoscale vortex-like spin textures in magnetic materials have attracted much attention from the viewpoint of creating new unconventional electronic functionalities such as magnetoelectric cross-coupling effects. Since such vortex-like spin textures do not have a macroscopic magnetization and an electric polari-zation, direct detection is difficult. In this study, we developed a method to artificially realize and control vortex-like spin textures using nanofabrication techniques and to detect them directly using nonlinear optical effects. This approach is expected to elucidate the functionalities of various kinds of advanced materials and also may provide a guide for the design and control of nanoscopic-to-mesoscopic functional magnetoelectric materials working at room temperature.高強度THzパルス発生と電子スピン時空間ダイナミクス計測を組み合わせた新しい光学システムを構築し，高強度THzパルス照射下における半導体中電子スピンの時空間ダイナミクス計測を試みた．実験では井戸幅が4.5nmのGaAs/AlGaAs量子井戸中に光励起した伝導電子スピンに対して，最大電場強度が500 kV/cmを超える高強度THzパルスを照射した．THzパルスを照射しない電子スピンでは，25ps程度で緩和するが，励起直後の電子スピンに対してTHzパルスを照射するとわずか2psの間にスピンの信号が急激に変化し，消失した．THzパルス照射後は，スピンの信号が殆ど消失していることから，高強度THzパルスはスピン情報のリセット機能を果たすものとして期待できる．We have developed a new optical system that combines high-intensity THz pulse generation and spatio-tem-poral dynamics measurements of electron spins in semiconductors under high-intensity THz pulse irradiation. In the experiment, conduction electron spins photo-excited in a GaAs/AlGaAs quantum well with a well width of 4.5 nm were irradiated with high-intensity THz pulses with a maximum electric field intensity of over 500 kV/cm. The electron spins without THz irradiation relax after about 25 ps, but after irradiation with THz pulses, the spin signal changes abruptly and disappears after only 2 ps. The spin signal almost dis-appears after THz pulse irradiation, indicating that intense THz pulses are expected to reset the spin informa-tion.
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