半導体中に埋め込まれた強磁性ナノ微粒子に超短テラヘルツパルス光を照射することで、飽和磁化(磁化の最大値)の約20%という巨大な磁化変調を得ることに成功したと、東京大学のグループが発表した。

 超短テラヘルツパルス光のパルス幅はピコ秒(1兆分の1秒)と非常に短いため、強磁性体に照射すると、磁化は磁気的な摩擦の影響をほとんど受けずにパルス波形に応答して高速に変調されることが知られている。これを応用すれば、ピコ秒レベルで非常に高速に磁化を反転でき、現在の約1000倍の動作速度のメモリデバイスが実現可能となると期待されているが、従来の強磁性金属薄膜を用いた研究では、磁化変調の大きさは飽和磁化の1%程度以下にとどまっていた。

 本研究グループは以前の研究で、半導体をベースとした特殊な強磁性材料を用いると、光の磁界成分だけでなく電界成分も磁化変調に大きく寄与させることができることを明らかにした。ここから今回、半導体中に強磁性ナノ微粒子を埋め込んだ試料を用いることとし、超短テラヘルツパルス光を試料に照射したときの磁化変化を観測したところ、磁化の変調量は飽和磁化の20%に及び、従来の研究の約20倍以上となる大きな磁化変調が実現されたという。

 今日の高度情報化社会におけるメモリデバイスは半導体で構成されているが、その大部分は揮発性であるため、電源を切るとデータが失われてしまう。一方、強磁性体の磁化は不揮発であるため、磁化の向きを用いて情報を保存することにより、電源を切ってもデータが消えないメモリデバイスが実現可能だ。

 本成果は、ピコ秒での磁化反転を利用した超高速不揮発性メモリの実現につながるものとして期待されている。

論文情報:【Applied Physics Letters】Large terahertz magnetization response in ferromagnetic nanoparticles

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