白金混合のコバルトナノ薄膜、光磁気トルクが5倍に：光磁気デバイスの省エネ化に寄与

東北大学は、白金を混合した金属磁性体ナノ薄膜が、従来よりも約5倍大きい光磁気トルクを発生したと発表した。光の強度を約5分の1に弱めても同じ効果が得られることから、光磁気デバイスの省エネ化が可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

「スピン軌道相互作用」が「光磁気トルク」を増強

　東北大学は2025年1月、白金を混合した金属磁性体ナノ薄膜が、従来よりも約5倍大きい光磁気トルクを発生したと発表した。光の強度を約5分の1に弱めても同じ効果が得られることから、光磁気デバイスの省エネ化が可能となる。

　研究グループはこれまで、金属磁性体と重金属を積層したナノ薄膜を用いて、光磁気トルクの研究を行ってきた。積層ナノ薄膜に円偏光を照射すると、重金属内に電子スピン角運動量が発生。それに伴って光磁気トルクも発生するという。一方、単層の金属磁性体ナノ薄膜では、逆ファラデー効果により光磁気トルクが発生していたが、物理的な理解は進んでいなかったという。

　研究グループは今回、金属磁性体の「コバルト」に、重元素の「白金」を混合した合金に着目し、その光磁気トルクを調べた。実験では、コバルトにさまざまな濃度の白金を最大70％まで固溶した「コバルト白金ナノ薄膜」を作製し、それぞれの光磁気トルクを測定した。

　この結果、コバルト白金ナノ薄膜では、白金を混合していないナノ薄膜に比べ、約5倍という大きな光磁気トルクが発生した。また、白金元素に特有の相対論的量子力学効果である「スピン軌道相互作用」が、円偏光によって発生する電子軌道角運動量に起因した「光磁気トルク」を増強することも明らかになった。

コバルト白金ナノ薄膜に円偏光を面直方向に入射すると磁気の方向を変える光磁気トルクが発生した［クリックで拡大］ 出所：東北大学

光磁気トルクにより駆動される磁気の運動を、ポンププローブ時間分解磁気光学カー効果によって測定したデータ［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　今回の研究成果は、東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻の抜井康起大学院生や、同大学学際科学フロンティア研究所（FRIS）の飯浜賢志助教（現在は名古屋大学准教授）、同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の水上成美教授らによるものである。