2015 Fiscal Year Research-status Report
局所励磁機能を兼備する新たなSQUID顕微鏡開発とその高分解能磁気記録・検出応用
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15K06044
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
林 忠之 仙台高等専門学校, 専攻科, 教授 (80310978)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立木 実 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, 主幹研究員 (50318838)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / SQUID顕微鏡 / 磁気記録 / NMR / ハードディスク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
走査プローブ顕微鏡とSQUID顕微鏡ヘッドを組み合わせたSTM-SQUID顕微鏡において、磁気プローブに励磁磁場生成用コイルを装着し、試料表面トラッキングと磁性薄膜への磁気記録ならびに磁性薄膜からの磁気信号検出を同時期に行える装置開発を進めた。また、局所磁場励起によるNMR計測環境構築を進めた。
現有の室温・大気試料STM-SQUID顕微鏡ヘッドに搭載するものと同等のコイルを装着した磁気プローブを製作し、垂直磁気記録ハードディスクに粗走査によって励磁磁場を印加した磁気記録の原理検証実験を行った。磁気印加後に試料に磁気微粒子を塗布し、磁気パターンが描画されていることを確認できた。
垂直磁気記録ハードディスク表面に、導電膜を蒸着し、STMによる試料表面トラッキングと磁性薄膜への磁気記録を同時期に行う実験を試みた。励磁磁場を生成しながら、STM像の取得できることを確認した。磁気印加後の試料を磁気微粒子に塗布して、明瞭性にはかけるがパターンが描画されているようであった。
局所磁場励起によるNMR計測のための、計測システム(NMRスペクトロメーター)の整備を行った。パルスNMR測定のためのrfパルスシグナルプロセシングボードを準備し、自作のフーリエ変換NMR計測ソフトウェアの準備を行った。計測モードとして自由誘導減衰(FID)、スピンエコー(SE)、マルチプルスピンエコー、位相サイクリング計測、積算計測の機能を備えており、さらにSQUID計測の際のSQUID保護や低周波NMRのリンギング回避のための各種トリガーパルス制御機能を備える。解析モードとしては、高速フーリエ変換、位相調整、リアルタイムグラフ表示、ピークトレースなどの機能を備え、MS WINDOWSのユーザーインターフェースでグラフィカルに、計測、簡易解析が行えるようにプログラミングがされている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
STM-SQUIDの高透磁率プローブにコイルを装着し、試料へ局所磁場励起することにおいて、コイルに誘起されたRFノイズがSTMのトンネル電流アンプに干渉してSTMのアプローチが動作せず、そのノイズ対策を講じることに時間を要していたため、自己点検評価は（３）やや遅れているとした。ノイズ対策を講じたことで、100mAオーダの電流をコイルに通電した状態で0.1nAオーダのトンネル電流を検出することを可能とした。垂直磁気記録ハードディスク表面に、導電膜を蒸着し、STMによる試料表面トラッキングと磁性薄膜への磁気記録を同時期に行う実験を試みた。励磁磁場を生成しながら、STM像の取得できることを確認した。磁気印加後の試料を磁気微粒子に塗布して、描画パターンを確認した。
NMRスペクトロメーターの準備にあたり、市販の計測システムと違い、SQUID計測、スキャニング計測などに特化した仕様に対応できるように配慮した。測定周波数はMHz程度までは対応可能である。最終的なNMR計測のコイル部分のインプリメントは並行して行われている、励振磁場印加、信号検出のプローブ部分の検討を終えた段階で可能となる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
試料の表面形状と局所磁場励起で記録した磁気バターンのSQUIDによる検出磁気像とを同時期に表示させる。走査ラインの往路で磁場を印加して磁気記録動作を行い、復路で磁場の検出動作ができることを確認する。磁気記録可能な励磁磁場を定量的に評価し、磁気記録の様子はMFMによっても並行して評価し、SQUID計測の優位性を検証する。STM-SQUIDの磁気記録・読み出し応用においては、試料に対して、垂直磁場をいかに集束できるかが重要であり、プローブの形状が、それを支配する要因である。非磁性材料を介して磁性材料または完全反磁性である超伝導材料をコーティングした磁気ガードを配置した斬新なプローブを提案する。有限要素法解析により、このプローブの有用性を調べ、解析結果を踏まえて、プローブの作成を試み、実験検証を実施する。
プローブ部分のデザイン(差動配置、SQUID配置、AFMモード等)の検証、決定を行った後、走査顕微鏡システムにNMR計測部分を組み込み、初年度準備したNMRスペクトロメーターを用いて計測を開始する。試料の選定が重要であり、まず、信号強度の強いプロトンを対象に検証を行う。低温試料でのS/N比の増加が期待できるため、パルスチューブ冷凍機を導入した冷却ステージの導入も検討する。また、低磁場測定での核スピン分極を促進させるためのプリポーラリゼーション法の使用も検討する。
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| Causes of Carryover |
研究を遂行するにあたり、必要消耗品が当初計画より余剰した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の、試料作成用のための蒸着用消耗品に充当する。
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