東大ら,磁化反転と超高速磁気光学効果を光で観察

東京大学と大阪大学の研究グループは,イプシロン酸化鉄および金属置換型イプシロン酸化鉄からなる磁性フィルムにおいて,ナノ秒可視光レーザー誘起の磁化反転と,テラヘルツ(THz)パルスレーザー照射による超高速磁気光学効果の観測に成功した(ニュースリリース)。

磁気記録技術の記録密度はその限界に達する中,光または電磁波でアシストする磁気記録が可能性のある解決策と考えられている。そのため,保磁力が大きく,サイズを8nm以下に小さくできるイプシロン酸化鉄(ε-Fe2O3)で光または電磁波でアシストする磁気記録が実現できれば,次世代の高密度磁気記録につながると期待されている。

研究グループは,ε-Fe2O3の鉄イオンの一部を三種類の金属イオン(ガリウムイオン,チタンイオン,コバルトイオン)で置換したε-Ga0.27Ti0.05Co0.07Fe1.61O3(GTC型イプシロン酸化鉄)を合成し,磁気テープに用いられる樹脂を用いて磁性フィルムを作製した。

このフィルムにおいて,磁化が反転しない程度の外部磁場を印加した状態で,ナノ秒可視光パルスレーザーを照射すると,磁化が反転することがファラデー効果を用いて観測された。この結果は,GTC型イプシロン酸化鉄の磁性フィルムで光アシスト磁化反転現象を実証したことを意味する。イプシロン酸化鉄フェライトにおける光アシスト磁化反転の観測は初めてだという。

イプシロン酸化鉄(ε-Fe2O3)についても同様に磁性フィルムを作製し,高強度のTHzパルス光を照射した。無磁場下で磁性フィルムにTHzパルス光を照射すると,THzパルス光に同期して瞬時に磁化が傾き,THzパルス光が通過すると同時に元に戻る様子が観測された。

磁化の応答はファラデー効果によりモニターされ,400フェムト秒という極めて短い時間で起こっていた。これらの超高速磁気光学効果の時間ダイナミクスは,理論的にもデモンストレーションされているという。

今回,研究グループは次世代高密度磁気テープ記録方式の可能性を示した。また,テラヘルツパルス超高速磁化応答は、1ピコ秒未満で書込/消失ができるため,これを用いると繰り返し周波数がテラヘルツである高速な演算が実現できる。照射するテラヘルツ光強度と位相をデジタル的に離散的に制御することにより,−2,−1,0,1,2といった,量子数(l)=2に相当する演算やn進法などの多進法の演算の実現も示唆するとしている。

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