【発表のポイント】

• 鉄白金合金試料に対してX線自由電子レーザー（注１）を用いた超高速磁気測定を行い、光照射によって試料の磁性が瞬間的（１兆分の１秒以下）に消失する現象を、元素別に観測することに成功した。
• 超高速な磁性の変化が鉄と白金とでは異なり、鉄の方が白金より高速に消磁されることを初めて明らかにした。
• 本研究で得られた知見は、レーザー（注２）光照射による磁性制御を利用した超高速メモリ素子の基本原理の解明に寄与する。

【発表概要】

東京大学物性研究所の山本航平博士課程学生（研究当時、現在：分子科学研究所助教）と和達大樹准教授（研究当時、現在：兵庫県立大学教授）らの研究グループは、高輝度光科学研究センターの久保田雄也研究員と鈴木基寛主幹研究員、分子科学研究所の上村洋平助教（研究当時、現在：スイス連邦・ポールシェラー研究所　博士研究員）、理化学研究所放射光科学研究センタービームライン研究開発グループの矢橋牧名グループディレクター、兵庫県立大学の田中義人教授、東北大学金属材料研究所の関剛斎准教授と高梨弘毅教授らの各研究グループと、カレル大学とウプサラ大学のグループも加わった国際研究チームにより、X線自由電子レーザー（XFEL）施設SACLA（注３）の硬X線ビームラインであるBL3において、強磁性を示す合金である鉄白金薄膜を用いて、硬X線領域の時間分解X線磁気円二色性測定（XMCD測定: 注４、５）に成功しました。

鉄白金薄膜は、鉄と白金の両方が磁性を示すことが知られています。硬X線領域の磁気円二色性測定により白金の磁性の光誘起ダイナミクスを選択的にとらえることで、鉄の方が白金に比べて高速に消磁されるということが分かりました。本研究では、X線自由電子レーザーの円偏光を制御する技術をSACLAに導入することで、世界で初めて非磁性元素である白金の1ピコ秒（1兆分の1秒）以下の超高速な磁性変化を直接観測しました。鉄白金ではレーザー光の照射による磁性制御が報告されており、将来の超高速メモリ材料として注目されています。本成果により、光照射による磁性制御現象の鍵が、鉄と白金の消磁時間の差にあることが示されました。

この研究成果は、ドイツ科学誌New Journal of Physics（11月25日オンライン）に掲載される予定です。

【用語解説】

注１：X線自由電子レーザー
X線の位相を揃えることでより強力でパルス幅の狭い（数十フェムト秒）X線のレーザーが得られる。日本のSACLAは特に世界で先行している。

注２：レーザー
発振器、増幅器を用いて作られる波長と位相の揃った光であり、短パルス光を作ることもできる。本研究ではチタンサファイアレーザーを用いており、波長は約800ナノメートルである。

注３：X線自由電子レーザー（XFEL）施設SACLA
理化学研究所と高輝度光科学研究センターが共同で建設した日本のXFEL（X-ray Free-Electron Laser）施設。2006年度から5年間の計画で建設・整備を進めた国家基幹技術の1つ。2011年3月に完成し、SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAserの頭文字を取ってSACLAと命名された。2011年6月に最初のX線レーザーを発振、2012年3月から共用運転が開始された。SPring-8の10億倍明るいX線を、10フェムト秒未満のパルス時間内で提供する。

注４：磁気円二色性
物質が磁化を持つ場合、その物質に光をあてるとその吸収率や反射率は、光の偏光が右円偏光と左円偏光の場合で差が生じる。この性質が磁気円二色性であり、とくに元素ごとに固有のエネルギーのX線をもちいると、磁気円二色性が大きくなり、また吸収率の差から元素ごとの磁化の大きさを知ることができる。

注５：時間分解X線磁気円二色性測定
物質にレーザーを照射して現象を起こさせた直後に、X線を照射し磁気円二色性測定を行うこと。本研究では、パルス幅が約10フェムト秒（1フェムト秒は1000兆分の1秒）であるSACLAの硬X線を用いることにより、短い時間スケールでの変化の様子を調べることが可能になった。

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