超高速に起こる磁石の変化をより確実に見極める解析手法を開発 ―統計学を活用し、実験結果から物理現象を客観的に識別―

2026-10-02 兵庫県立大学

兵庫県立大学と量子科学技術研究開発機構の研究グループは、強磁性体に超短パルスレーザーを照射した際に起こる「超高速消磁」について、実験データから異なる物理モデルを客観的に識別する統計解析手法を開発した。超高速消磁では、磁化が極めて短時間で減少するが、その過程が単一の時間スケールで進むのか、複数の異なる時間スケールの過程が関与するのかを、従来は研究者の経験やデータの見た目に依存して判断する場合があった。そこで、代表的な二つの消磁モデルを統計学的に比較し、実験データがどちらをどの程度支持するかを数値化した。人工データと実験データで検証した結果、異なるモデルを定量的に識別でき、時間分解能やノイズが判定精度に及ぼす影響も評価できた。超高速磁化ダイナミクスの理解だけでなく、必要な実験条件の事前設計や、放射光・量子材料など他の物理研究への応用も期待される。

超高速に起こる磁石の変化をより確実に見極める解析手法を開発 ―統計学を活用し、実験結果から物理現象を客観的に識別―
​図1:超高速消磁の模式図。磁石に超短パルスレーザーを照射すると、そろっていたスピンの向きが極めて短時間(1兆分の1秒〜1000兆分の1秒)で乱れ、磁化が減少します。青球が原子、赤矢印がスピンを表します。

<関連情報>

タイプIおよびタイプII超高速消磁ダイナミクスのベイズモデル比較
Bayesian model comparison of type-I and type-II ultrafast demagnetization dynamics

Hiroki Wadati;Tetsuro Ueno
Structural Dynamics  Published:September 28 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/4.0001228

Ultrafast demagnetization dynamics are often phenomenologically classified into type-I and type-II responses according to their temporal evolution following femtosecond laser excitation. However, finite experimental temporal resolution and noise can substantially obscure the intrinsic dynamics and complicate this classification. In this work, we investigate the distinguishability of type-I and type-II demagnetization dynamics using Gaussian-convolved phenomenological models and Bayesian information criterion-based statistical model comparison. Synthetic datasets with varying temporal resolution and noise levels were first analyzed to evaluate the conditions under which the two classes can be reliably discriminated. We show that convolution with the instrumental response function significantly reduces the observable differences between the intrinsic responses, thereby producing broad regimes in which model discrimination becomes statistically inconclusive. The applicability of the framework is further demonstrated through analysis of representative experimental ultrafast demagnetization data from NiCo2O4 thin films. These results suggest that the apparent classification of ultrafast demagnetization dynamics can be highly sensitive to experimental resolution, noise level, and analysis methodology.

1701物理及び化学
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