ドイツ連邦工科大学の研究者らは、渦巻き状に配置された一握りのスピンの回転を可視化し、史上最速で制御する新技術を開発しました。この技術は、新しいタイプのコンピューター・メモリー、論理ゲート、高精度センサーなどを含む「スピントロニクス」を発展させる可能性があります。 Researchers at EPFL have developed a new technique that can visualize and control the rotation of a handful of spins arranged in a vortex-like texture at the fastest speed ever achieved. The breakthrough can advance “spintronics”, a technology that includes new types of computer memory, logic gates, and high-precision sensors.
2023-01-27 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)
◆そのためにはまず、少数のスピンを制御できるようになることが必要です。カーボーン教授の研究室でポスドクを務めるフィービー・テンディン博士は、「ごく少数のスピンを可視化し、決定論的に制御することは、超高速の時間スケールではまだ実現していません」と語り、スピントロニクスが実用化されるためには、この制御を非常に厳しい時間枠で実現しなければならないことを指摘する。
◆今回、テングディンは、博士課程学生のブノワ・トラックと同じく博士研究員のアレクセイ・サポズニックとともに、渦巻き状に配列した一握りのスピンの回転を可視化し制御できる新しい技術を開発しました。研究者らは、レーザーパルスでスピンを制御し、連続した駆動パルスの遅延時間を変え、レーザー偏光を調整するだけで、スピンの向きを自由に変えることができることを発見した。
◆研究チームは、ナノスケールの寸法を「見る」ことができる一種の透過型電子顕微鏡を使って、スピンの変化を実際に画像化することにも成功したのだ。この研究は、超高速タイムスケールで磁気テクスチャを制御する新しいプロトコルを提供し、次世代情報記憶装置におけるスピンスイッチの新しい可能性を切り開くものである。
◆「私たちの実験は、中程度の強度の光ビームを用いて、一握りのスピンを超高速で操作し、画像化することが可能であることを示しています」とTengdin教授は言います。「このような効果は、スピンを利用した低消費電力の超高速デバイスに応用できます。新しいタイプのメモリや論理ゲートが候補となり、高精度なセンサーも可能です」。
＜関連情報＞
- https://actu.epfl.ch/news/ultrafast-control-of-spins-in-a-microscope/
- https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.12.041030
スキルミオン結晶の超高速コヒーレント制御のイメージング Imaging the Ultrafast Coherent Control of a Skyrmion Crystal
Phoebe Tengdin, Benoit Truc, Alexey Sapozhnik, Lingyao Kong, Nina del Ser, Simone Gargiulo, Ivan Madan, Thomas Schönenberger, Priya R. Baral, Ping Che, Arnaud Magrez, Dirk Grundler, Henrik M. Rønnow, Thomas Lagrange, Jiadong Zang, Achim Rosch, and Fabrizio Carbone
Physical Review X Published 20 December 2022
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.041030
ABSTRACT
Exotic magnetic textures emerging from the subtle interplay between thermodynamic and topological fluctuation have attracted intense interest due to their potential applications in spintronic devices. Recent advances in electron microscopy enable the imaging of random photogenerated individual skyrmions. However, their deterministic and dynamical manipulation is hampered by the chaotic nature of such fluctuations and the intrinsically irreversible switching between different minima in the magnetic energy landscape. Here, we demonstrate a method to coherently control the rotation of a skyrmion crystal by discrete amounts at speeds which are much faster than previously observed. By employing circularly polarized femtosecond laser pulses with an energy below the band gap of the Mott insulator Cu2OSeO3, we excite a collective magnon mode via the inverse Faraday effect. This triggers coherent magnetic oscillations that directly control the rotation of a skyrmion crystal imaged by cryo-Lorentz transmission electron microscopy. The manipulation of topological order via ultrafast laser pulses shown here can be used to engineer fast spin-based logical devices.
