SPring-8 — 大型放射光施設

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。

基本性能・成果

Co/Ptの時間分解共鳴磁気光学カー効果の観測

参考文献:
K. Yamamoto et al., Appl. Phys. Lett. 116, 172406 (2020).

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

Type1

High throughput

Multi-functional

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。

Optical parametric amp.output

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

Type1

High throughput

Multi-functional

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