可視紫外巨大光電子磁気円二色性を発見
−中川・横山が成功、フィジカルレビューレターズ誌(6月16日)に発表−

横山グループは、
可視紫外レーザー光を用いてニッケルなどの磁性薄膜の磁気円二色性が仕事関数しきい値近傍で極端に増大する効果を発見し、その成果をフィジカルレビューレターズ誌(6月16日)に発表した。
これまで大きな磁気円二色性を得るには、放射光円偏光X線を用いたＸ線磁気円二色性測定が不可欠とされたが、
この発見によりレーザー光を用いても同様の測定が可能であり、ナノ磁石の磁気特性を測定する手段である光電子顕微鏡法が実験室で観測可能であることを示している。
また、パルスレーザーを用いれば、これまで全く例のないピコ秒以下の超高速動的磁化過程がナノスケールの空間分解能で追跡できることになる。
我々は、可視紫外レーザーを用いて、試料磁性薄膜の仕事関数を変化させながら紫外磁気円二色性の仕事関数依存性を観測した。
その結果、代表的な垂直磁化薄膜である銅(001)表面上のニッケルや鉄超薄膜において、仕事関数しきい値近傍で磁気円二色性が極端に大きく、しきい値からずれると急速に小さくなることを突き止めた。
しきい値近傍のコントラストはX線を用いた磁気円二色性に匹敵することがわかった。
さらに簡単なバンド計算理論からもこの観測結果が妥当であるとの結論を得た。
これにより、紫外レーザーの光エネルギーを適切に選ぶことで、実験室で遂行可能な光電子磁気円二色性顕微鏡による時空間分解(数10nm, サブピコ秒)測定への道がひらけたことになる。
現状の最先端のハードディスクでは、一つの磁石の大きさは100nm、読出し速度は100psに達している。
このようなミクロ磁石の性質を高速で調べるにはnm, psレベルの時空間分解能をもつ顕微鏡が必要であり、磁気円二色性光電子顕微鏡はその候補のひとつである。
ところがこの手法は第三世代シンクロトロン放射光源と呼ばれる巨大な加速器(日本には西播磨にSpring-8があるのみ)からの強力な円偏光X線を用いる必要がある上、
この光源では時間分解能も通常では100ps程度と不十分であった。もし紫外レーザーを使ってこの測定が可能となれば実験室でも測定が行え、時間分解能も1ps以下となり、その波及効果は甚大である。
ところが普通に紫外光を用いると磁気円二色性コントラストは0.1%程度しかなく、X線を用いた場合の数10%に比べてはるかに劣っていた。