| Project/Area Number |
22KJ1059
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| Project/Area Number (Other) |
22J21412 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
塚本 萌太 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 量子センサ / 反強磁性体 / 二次元物質 / 磁壁構造 / ダイヤモンド / 光学収差 / 機械学習 / ナノダイヤモンド / 磁壁クリープ / 反強磁性体磁化 / 磁気光学カー効果 |
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| Outline of Research at the Start |
ミクロとマクロの中間領域であるメゾスコピックスケールの物理実験は、量子効果や多体効果などが如実に表れるため長らく電気伝導の観点から研究が続けられてきた。本研究の目的は、メゾスコピック領域の現象である磁区や磁気渦に対して、ダイヤモンド量子センサによる局所磁場の精密観測を通じて、量子効果や多体効果とその空間的揺らぎを定量的に議論し、その構造を明らかにすることである。今までにない精密さでの局所的かつ定量的な磁場測定による本研究は、メゾスコピック物理の研究に新たな可能性を提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、メゾスコピック領域の現象である磁区や磁気渦に対して、ダイヤモンド量子センサによる局所磁場の精密観測を通じて、量子効果や多体効果とその空間的揺らぎを定量的に議論し、その構造を明らかにすることである。二年次においては、技術的目標に関する論文を投稿したうえで、実際の物質に適用して観測に成功した。
初年次の研究にて判明した光学的問題について、より進んだ解析や数値計算を行い、高い屈折率の材料を透過して行うイメージング測定の全般に適用可能な形として論文を投稿した。この問題はダイヤモンド量子センサにおいては物性適用段階で初めて表出するものであり、得られたデータの空間的な確度を決定する重要な要素である。また、低磁場での測定確度を向上させる研究についての論文を出版した。
実際の現象への適用として、反強磁性体の磁区と磁壁の観測に成功し、磁壁の構造をはじめとする複数の新知見を得た。このために測定データの解析手法を拡張し、ダイヤモンド量子センサがより広範な物質や現象を探索できることを明らかにした。本研究で得られた物性値は定量性が高く、理学的知見のみならず工学的な応用展開にも資するものである。本成果は学会発表を行い、論文を執筆中である。
六方晶窒化ホウ素の中の量子センサの開発では、センサの位置制御を実施した論文を出版し、その最適化に関する実験を行った。また、強磁性体に六方晶窒化ホウ素を貼り付けて測定を行い、ダイヤモンド量子センサとの比較について学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は、メゾスコピック領域の現象である磁区や磁気渦に対して、ダイヤモンド量子センサによる局所磁場の精密観測を通じて、量子効果や多体効果とその空間的揺らぎを定量的に議論し、その構造を明らかにすることである。二年次である本年度目標の、反強磁性体磁区の観測は達成された。これに加えて、反強磁性体の磁壁の観測にも成功し、磁壁におけるスピン構造を明らかにした。この解明は本研究課題の最終目標の1つである。よって、当初の計画以上に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、二年次に開発した解析手法を活用して、多様な磁区構造の測定を試みる。また、当初の計画通りに低温での測定を試みる。
二年次に開発した手法は、ダイヤモンド量子センサが有する定量性を活かして磁気異方性にアプローチするものである。これを他の物質や微細加工した磁性体に適用していく。また、低温における超伝導体の磁化率測定を実施し、強磁性とは異なる秩序にもアプローチしていく。
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