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

 

Co/Ptの時間分解共鳴磁気光学カー効果の観測


011

 

 

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

 

To observe the time-resolved resonance magneto-optic Kerr effect for Co/Pt


011

 

 

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

 

 

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.

 

 

Optical parametric amp.output

 

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

 

Papers published


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