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Research and development of a neutron microscope for investigation of magnetic structure

Research Project

Project/Area Number 20H04457
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

Soyama Kazuhiko  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J-PARCセンター, 副ディビジョン長 (90343912)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林田 洋寿  一般財団法人総合科学研究機構, 中性子科学センター, 副主任研究員 (50444477)
山村 和也  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60240074)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Keywords中性子顕微鏡 / Wolter型スーパーミラー / プラズマCVM加工 / レプリカ法 / Wolterミラー / スーパーミラー / プラズマCVM / 偏極中性子 / 中性子スピン / ウォルターミラー / 数値制御プラズマCVM
Outline of Research at the Start

偏極中性子は、中性子スピンと高い物質透過性を有することから、材料深部の磁気モーメントを観察する最適なマイクロプローブとなりうる。本研究では、Wolter I型拡大結像光学系に基づく回転非球面スーパーミラーを作製し、中性子スピン偏極コントラスト法を用いた高分解能中性子顕微鏡を開発する。これにより、スピントロニクス分野で注目される磁気記録素子等の磁気モーメント分布や、変圧器等に用いられる軟磁性材料など実用磁性材料の磁気イメージングを実現する。

Outline of Final Research Achievements

In order to develop a neutron magnetic microscope that applies a Wolter type-I multilayer supermirror, we successfully fabricated a Wolter-shaped mandrel made of synthetic quartz with a precise shape on the submicron level using the plasma CVM method, and also developed a coating technique of multilayer supermirror on the mandrel and a new replica method using a low-melting-point metal that does not increase the surface roughness of the multilayer mirror. We have succeeded in developing a free-standing cylindrical supermirror (m=2) by using the new replica method. We also conducted a 3-D simulation of the neutron magnetic microscope to evaluate the spatial resolution and neutron spin depolarization.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁性体表面の磁気状態を可視化する方法としては、スピン偏極走査型電子顕微鏡による磁性体表面の原子レベルでの磁気イメージング、放射光の軟X線を用いたX線磁気円二色性(XMCD)のなどの分析が用いられているが、これらの手法は、磁性体の極めて表面(数nm~数百nm程度)にその観測領域が限られ、またその観察雰囲気も真空下、清浄面などの特殊環境下となる場合が多い。物性物理学の観点からこれらの詳細な物性を解き明かすとともに、磁気デバイスの高度化、製品化など社会への活用を踏まえると、物質材料のより深部を通常雰囲気で可視化する手段として貢献が期待される。

Report

(4 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2024 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] 多層膜スーパーミラーを用いたWolter I型中性子磁気顕微鏡の光学設計2024

    • Author(s)
      曽山 和彦、林田 洋寿、丸山 龍治、山﨑 大、後藤 惟樹、小林 有悟、須場 健太、山本 有悟、山村 和也
    • Journal Title

      JAEA Research

      Volume: 006 Pages: 1-13

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 中性子集光用高精度Wolterミラーマンドレルの作製(第12報): エッチレートにおける投入電力とギャップ長の相関2022

    • Author(s)
      大阪大学工学研究科 須場 健太, 山本 有悟, 川合 健太郎, 有馬 健太, 山村 和也, 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 丸山 龍治, 曽山 和彦, 総合科学研究機構中性子科学センター 林田 洋寿
    • Organizer
      精密工学会秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 中性子集光用高精度Wolterミラーマンドレルの作製(第11報): 精密加工のためのマンドレル高精度形状測定2021

    • Author(s)
      大阪大学工学研究科 山本 有悟, 須場 健太, 川合 健太郎, 有馬 健太, 山村 和也, 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 丸山 龍治, 曽山 和彦, 総合科学研究機構中性子科学センター 林田 洋寿
    • Organizer
      精密工学会秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 中性子集光用高精度 Wolter ミラーマンドレルの作製(第 10 報): プラズマCVM加工後の表面粗さの改善2021

    • Author(s)
      大阪大学工学研究科 山本有悟,川合健太郎,有馬健太,山村和也 ,国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 丸山龍治,曽山和彦 総合科学研究機構中性子科学センター 林田洋寿
    • Organizer
      精密工学会大会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 中性子集光用高精度Wolterミラーマンドレルの作製(第9報): プラズマCVM加工後の形状および表面粗さの評価2020

    • Author(s)
      大阪大学工学研究科 山本有悟,荒川翔平,川合健太郎,有馬健太,山村和也,国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 丸山龍治,曽山和彦,総合科学研究機構中性子科学センター 林田洋寿
    • Organizer
      精密工学会大会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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