MOKE（スピントロニクス）
東京大学との共同研究で開発された、超高速スピントロニクスまたはオプトスピントロニクスを中心とした物質科学研究のための実験装置です。光学レーザーと組み合わせてフェムト秒の時間分解測定が可能です。また、軟X線ナノ集光ミラーと組み合わせることで、ナノメートルの空間分解能で測定することも可能です。
※この装置は、SACLA基盤開発プログラムの課題（代表者：東京大学 松田巌准教授）として開発されました。
実験装置
特徴
時間分解能：<70 fs
温度：15K ~ 室温
外部磁場：-0.3 T ~ 0.3 T
Operando計測
運転パラメータ（EH4＠BL1）
XFELパラメータ
| 光子エネルギー（基本波） | 40-150 eV |
| パルスエネルギー | ~80 uJ |
| エネルギー幅（ΔE/E） | ~3% |
| 繰り返しレート | 60 Hz |
参考文献:
S. Owada et al., J. Synchrotron Rad., 25, 282 (2018).
X線集光特性
| Optical parameters (KB mirrors) | Vertical | Horizontal |
| Surface coating | Carbon | Carbon |
| Substrate size | 600 × 50 × 50 mm | 600 × 50 × 50 mm |
| Glancing angle | 1.5 deg | 1.5 deg |
| Focal length | 2.00 m | 2.65 m |
| Distance from source | 85 m | 85 m |
| Spatial acceptance | 15.1 mm | 15.1 mm |
| Typical focal size @100eV | ~5 µm FWHM | ~5 µm FWHM |
参考文献:
S. Owada et al., J. Synchrotron Rad., 25, 282 (2018).
光学レーザー特性
| 基本波 | 2倍波 | 3倍波 | 4倍波 | |
| Wavelength | 800 nm | 400 nm | 267 nm | 200 nm |
| Pulse Energy (Max.) | ~12 mJ | ~0.5 mJ | ~0.2 mJ | ~0.02 mJ |
| Pulse Duration | ~40 fs | ~30 fs | ~50 fs | |
| Rep. Rate | 60 Hz | 60 Hz | 60 Hz | 60 Hz |
上記に加え、光パラメトリック増幅器（OPA: Optical Parametric Amplifier）からの光を利用可能です。使用可能な波長域は0.25-2.6 µmで、下図のようにパルスエネルギーは波長に依存します。
測定までの調整作業
SACLAスタッフが行うこと
- ・共用装置のセットアップ
- ・FELスペクトル、光軸調整
- ・同期レーザーの光軸調整、強度調整
- ・高速PDを使用した、FELと同期レーザーの時間合わせ（30 ps程度の精度）
ユーザーが各自で行うこと
- ・XFELと同期レーザーの空間合わせ
- ・XFELと同期レーザーの時間合わせ
関連成果
プレスリリース
論文発表
MOKE (Spintronics)
This is the experimental equipment for material science research concerning ultrafast spintronics and opto-spintronics, and was developed in collaboration with the University of Tokyo. By combining with optical lasers, time-resolved measurements are possible. In addition, by combining with soft X-ray nano-focusing mirrors, it is possible to measure with nanometer spatial-resolution.
※his device was developed as a challenge for the SACLA Basic Development Program (Representative: Associate Professor Iwao Matsuda, University of Tokyo).
Basic Performance and Results
To observe the time-resolved resonance magneto-optic Kerr effect for Co/Pt
References:
K. Yamamoto et al., Appl. Phys. Lett. 116, 172406 (2020).
Experimental Equipment
Features
Time resolution: <70 fs
Temperature:15K ~ room temperature
External magnetic field: -0.3 T ~ 0.3 T
Operando measurements
Operating Parameters (EH4＠BL1）
XFEL parameters
| Photon energy (fundamental wave) | 40-150 eV |
| Pulse energy | ~80 uJ |
| Energy width（ΔE/E） | ~3% |
| Repetition rate | 60 Hz |
References:
S. Owada et al., J. Synchrotron Rad., 25, 282 (2018).
X-ray focusing characteristics
| Optical parameters (KB mirrors) | Vertical | Horizontal |
| Surface coating | Carbon | Carbon |
| Substrate size | 600 × 50 × 50 mm | 600 × 50 × 50 mm |
| Glancing angle | 1.5 deg | 1.5 deg |
| Focal length | 2.00 m | 2.65 m |
| Distance from source | 85 m | 85 m |
| Spatial acceptance | 15.1 mm | 15.1 mm |
| Typical focal size @100eV | ~5 µm FWHM | ~5 µm FWHM |
References:
S. Owada et al., J. Synchrotron Rad., 25, 282 (2018).
Optical laser characteristics
| Fundamental wave | 2nd Order Harmonic | 3rd Order Harmonic | 4th Order Harmonic | |
| Wavelength | 800 nm | 400 nm | 267 nm | 200 nm |
| Pulse Energy (Max.) | ~12 mJ | ~0.5 mJ | ~0.2 mJ | ~0.02 mJ |
| Pulse Duration | ~40 fs | ~30 fs | ~50 fs | |
| Rep. Rate | 60 Hz | 60 Hz | 60 Hz | 60 Hz |
In addition to the above, light from the Optical Parametric Amplifier (OPA) is also available. The available wavelength range is 0.25-2.6 µm, and the pulse energy depends on the wavelength shown in the figure below.
Adjustments before the Measurement
What the SACLA staff do:
- ・Set-up the shared equipment
- ・FEL spectrum and optical axis adjustments
- ・Synchronous laser optical axis and intensity adjustments
- ・Time adjustments of FEL and the synchronous laser using high-speed PD (with an accuracy of approximately 30 ps)
What the user does:
- ・Spatial adjustments of XFEL and the synchronous laser
- ・Time adjustments of XFEL and the synchronous laser
Related Results
Press release