| Project/Area Number |
22K18271
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
中尾 裕則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (70321536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 裕一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主幹研究員 (70571610)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥25,350,000 (Direct Cost: ¥19,500,000、Indirect Cost: ¥5,850,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
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| Keywords | コヒーレントX線散乱 / 磁気イメージング / 軟X線回折顕微鏡 / 共鳴X線散乱 / コヒーレント回折イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
近年トポロジー起源の巨大な物性応答や次世代スピントロニクスでの利用などの観点より、磁気スキルミオンや磁気カイラルソリトンなどの磁気テクスチャの極小化に向けた物質開発が進んでいる。ところが研究代表者らが開発してきた磁気イメージング手法では、最近報告された数nmサイズの磁気テクスチャの観測は不可能である。そこで本研究課題では、これまでの手法を極小磁気テクスチャの観測が可能となる反射配置での高角散乱を利用した磁気イメージングへと昇華させ、極小磁気テクスチャの実環境下動的(オペランド)計測に挑戦するものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、磁気スキルミオンや磁気カイラルソリトンといった幾何学的な特徴（トポロジー）を有する磁気テクスチャが盛んに研究されている。これまでに研究代表者らは、磁気テクスチャの磁性を担う3d・4f電子状態を直接観測可能な軟X線を利用した共鳴X線散乱法と光のコヒーレンスを利用したコヒーレント回折イメージング法を組み合わせた磁気イメージング手法を確立し、磁気テクスチャの実空間・動的計測を実現させてきた。しかしながら、トポロジー起源の巨大な物性応答や次世代スピントロニクスでの利用などの観点より、より小さな磁気テクスチャの物質開発が進んできている。そこで本研究課題では、これまでの手法を極小磁気テクスチャの観測が可能となる反射配置での高角散乱を利用した磁気イメージングへと昇華させ、極小磁気テクスチャの実環境下動的(オペランド)計測の実現に挑戦する。
構築してきた入射X線からコヒーレント光を切り出すための新たな照明光学系の試験を行ったところ、簡便な数ミクロンサイズの集光から、仮想光源を入れることによるサブミクロン集光が可能となった。この集光した光と開発してきた反射型コヒーレント回折イメージング用2軸回折計を組み合わせることで、走査型のドメイン観測が可能となってきたが、集光位置で試料の走査方法に難があることが判明した。そこで、回折計の駆動軸を増設し、集光素子であるフレネルゾーンプレートと試料との距離を変化させつつ、2次元強度マッピング測定が可能となったところである。R７年度は、これを用いた高空間分解能での磁気ドメインの測定を試みる。また測定可能なエネルギー範囲は、フレネルゾーンプレートの仕様で決まっているが、今年度新たにフレネルゾーンを導入し、利用可能なエネルギー範囲を4keVまで拡張し、より多彩な系での磁気イメージングを目指す。
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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
入射X線からコヒーレント光を切り出すために新たに構築してきた照明光学系を利用して、集光ビームを用いた実験が簡便に行えるように整備を進めた。その結果、利用するビームラインに依存して光学系はそれぞれ異なるものの概ね数μmサイズ、さらには仮想光源の導入によりサブμm集光ビームが使えるようになった。一方、回折計上のXYステージは、ブラッグ反射条件を満たすために光軸と平行ではなくなり、試料位置を固定したまま焦点位置をスキャンできないことが判明した。そこで、回折計全体を光軸方向にスキャン可能なピエゾステージを増設するとともに、パルスモーターステージの駆動精度の限界の問題の解決のためのピエゾステージへの置き換えを行った。その結果、サブμm集光ビームを有効に利用するためにフレネルゾーンプレートと試料との距離を変化させつつ、2次元強度マッピングを測定することが可能となった。R７年度は、このシステムを立ち上げ、高空間分解能での磁気ドメインの測定を試みる。また、外場に対するドメインの応答の観測を目指す。
開発してきた回折計は、磁気テクスチャの磁性を担う3d・4f電子状態を直接観測可能な軟X線：500-1500eVをターゲットとしてきた。しかしながら、軽元素のSi (1.8keV)や4d電子系、さらにはウラン化合物系でのドメイン観測の要望も出て来た。そこで本イメージング手法のさらなる発展のために、1.5-4keV領域用の新たなフレネルゾーンプレートの設計を行った。R７年度に入ったら直ちに購入し、立ち上げテスト、利用実験を推進する。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のように、開発してきた反射型コヒーレント回折イメージング用2軸回折計とコヒーレント光を切り出すために構築した照明光学系を利用し集光した光を組み合わせることで、簡便に走査型のドメインの観測が可能となってきた。これまでに、装置としての性能を最大限生かすための装置改良を進めてきたところであり、最終年度であるR7年には、高空間分解能での磁気ドメインの測定を試みるとともに、外場に対するドメインの応答の観測を目指している。また、さらなる展開として、利用可能なエネルギー範囲を4keVまで拡張することで、より多彩な系での磁気イメージングを目指している。
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