高感度・超常磁性探針による超広帯域磁気イメージング法の開発とソフト磁性材料評価
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21H01357
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
齊藤 準 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (00270843)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | 磁気イメージング / 高周波磁場 / 超常磁性探針 / ソフト磁性材料 / 磁気力顕微鏡 / 交流磁化過程 / 磁壁移動 / 磁化回転 / 高周波 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、応募者が提案した空間分解能と機能性に優れる交番磁気力顕微鏡に、近年開発した高い周波数まで磁場応答が期待できる高感度な高磁化・超常磁性探針を組み合わせることで、ソフト磁性材料について、交流磁場周波数の増加に伴い、磁化過程が磁壁移動から回転磁化、強磁性共鳴に至る数10 GHzまでの広い周波数範囲で磁場応答を観察できる高空間分解能・超広帯域・磁気イメージング技術を開発し、ソフト磁性材料の性能評価を行うことを目的とした研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)磁壁移動イメージング法の開発とその応用 ソフト磁性薄膜の磁化過程は、磁場の周波数が低いときには磁壁の移動により起こる。磁壁が移動する際に、磁性体探針が磁壁から発生する磁場を周期的に受けることで発生する交番磁気力を検出することにより磁壁移動の可視化を行う手法を開発した。4ミクロン角のパーマロイ・パターンド薄膜の観察においては、最大検出周波数は研究開始当初の数100 Hzから、観察試料に振幅変調磁場を印加し磁壁移動距離を周期的に変化させる手法を新たに提案することにより最大検出周波数を10 kHz程度まで増加させることに成功した。
(2) 磁化回転過程における局所磁化率イメージング法の開発とその応用 ソフト磁性薄膜に印加する磁場周波数の増加に伴い磁壁移動が終了した後に主となる、観察試料の磁区内の磁化の方向が磁場方向に近づくように変化する磁化回転過程を局所的な交流磁化率の計測により可視化することを目的として、昨年度、有効性を明らかにしたソフト磁性薄膜に振幅変調磁場を加える手法を用いて、ソフト磁性薄膜が用いられている磁気記録ヘッドの主磁極部分を観察し、ヘッド磁化の局所磁化率を反映した磁化回転過程により発生する交流磁場を100kHzから数GHzまでの広い周波数範囲で、10 nm程度の高い空間分解能でイメージングすることに成功した。さらに磁気ヘッドから発生する交流磁場エネルギーの流れの可視化にも成功した。
(3)強磁性共鳴イメージング法の開発とその応用 強磁性共鳴イメージングに必要となる高効率の交流磁場印加機構を、導波管進行波アンテナをベースとして試作し、40 GHz程度までのマイクロ波をほぼ100％の放射効率で観察試料に照射することに成功した。観察試料として磁性薄膜を用いた場合には、薄膜基板背面からのマイクロ波照射にも成功し、強磁性共鳴によるマイクロ波吸収のイメージングも可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した「研究の目的」、「研究実施計画」に照らし、「6．研究実績の概要」において、研究実施計画の項目ごとに述べたように、おおむね当初計画した成果を得ているので、（2）と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画を踏襲し、研究を推進する。
1)“磁壁移動イメージング法の開発とその応用”に関して、交流磁場印加により観察試料の磁区の磁場方向に近い部分の体積が増加することで磁区境界である磁壁が移動する際に、磁性体探針が磁壁直上を走査するときに、磁性体探針が磁壁から発生する磁場を周期的に受けることで発生する交流磁場を検出することにより磁壁移動の可視化を行う。ここでは平行平板伝送路をベースとした高周波磁場印加機構等を新たに用いてソフト磁性薄膜の磁壁移動の可視化を行う。
2)“回転磁化による局所磁化率イメージング法の開発とその応用” に関して、磁場周波数の増加に伴って磁壁移動が終了した後に主となる、観察試料の磁区内の磁化の方向が磁場方向に近づく回転磁化過程を、局所的な交流磁場応答の計測により可視化を行う。ここでは、項目１）に記載した高周波磁場印加機構や、昨年度に開発試作した導波管をベースとした、1 GHz以上の交流磁場を試料に印加するための高効率・マイクロ波照射機構等を用いて、項目１）のソフト磁性薄膜に加えて、ソフト磁性材料を用いた磁気デバイスである、垂直磁気記録ヘッドの局所磁化率イメージングを、1 GHz以上の周波数範囲で行う。
3)“強磁性共鳴イメージング法の開発とその応用” に関して、項目２）に記載した高効率・マイクロ波照射機構を用いて、ソフト磁性薄膜や垂直磁気記録媒体等の強磁性共鳴イメージングを40 GHz程度までの周波数範囲で行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
