新しいX線磁気円二色性顕微分光法の開発と応用研究への適用

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K13508
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 稲見 俊哉 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量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (30354989)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 磁気円二色性 / 反転比 / K吸収端 / X線発光分光

Outline of Annual Research Achievements

強磁性体内部での磁区分布、さらには内部磁区の各々の磁化反転過程については、永久磁石の保磁力向上や電磁鋼板の低鉄損化など応用研究に深く関わっているにもかかわらず、適切な測定手法が無いため、意外にも詳しく調べられていない領域である。本萌芽研究では、強磁性体の磁区観察手法として確立されているX線磁気円二色性(XMCD)顕微分光法についてその原理から見直すことで、侵入長の長い硬X線領域で反転比の大きい新しい二色性現象を提唱し、さらに実現可能、そして実材料に適用可能な測定法であることを実験的に示すことを目的としている。
平成27年度は発光円二色性現象の確認の前段階として、蛍光X線スペクトルを観測し、十分な観測強度が取れるかどうかを確認した。入射X線のエネルギーは鉄K吸収端(7.13keV)とし、スリットで約100ミクロン角に制限し、鉄単結晶の試料に照射した。蛍光X線はやはりスリットで約100ミクロン角に制限し、ゲルマニウム単結晶の平板アナライザで分光した。蛍光スペクトルはアナライザの散乱角を振ることで得た。鉄Kα1のピーク強度でおおよそ毎秒1カウントの強度が得られ、発光円二色性の検証実験としては十分な強度があることを確かめることができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定では、平成27年度には発光磁気円二色性という現象の確認を行い、加えて高効率測定の要となる平行化光学系の導入と試験を行うことになっていた。平成27年度は2回のビームタイムを予定していたものの、個人的な理由でビームタイムが1回に減ったため、発光磁気円二色性現象の確認の前段階までで終わってしまった。
また、平行化光学系については、減額された予算内で購入できるよう業者と細かく検討したため納入までに予想外に時間がかかり、年度後半の実験に間に合わなかった。
平成28年度は集光光学系の導入と実材料を用いた演示実験を行う予定であったが、これらの状況を鑑み、対象とする実材料の変更などの対応を行うこととした。これにより、発光磁気円二色性現象の確認と実材料を用いた演示実験を平成28年度実施内容とすることで、全体目標に対する進捗状況としては40%程度、やや遅れているという状態である。

Strategy for Future Research Activity

上に述べたように研究計画を一部変更し、研究期間内に意義のある項目を達成できるようにする。当初はガーネット等の迷図磁区の観察をもって演示実験とする予定であったが、この実験を実施するには10μm程度の集光が必要となる。減額された予算内では低吸収などの条件を満たす集光素子を用意することが困難であると判明し、しかも、集光素子が無くては平行化光学系もその能力を発揮できない。そこで、100μm程度の集光で磁区観察が十分可能な市販の電磁鋼板等を試料として演示実験を実施することとする。これにより平行化光学系と集光素子の立ち上げ調整を省くことができる。
よって、平成28年度の実施計画は以下の通りとなる。まず、発光磁気円二色性現象の確認を行う。蛍光X線の測定までは達成しているので、あとは移相子を導入すればよい。これに伴い新たに必要となるX線パスや試料ホルダについては、寸法取りまで終わっているので、早急に製作を開始する。発光磁気円二色性の確認が終われば実試料の測定に移る。空間分解能と発光X線の発散の制限は入射スリットおよび出射スリットで行う。面内磁化の試料であるが、散乱角135度で検出系を構えれば磁気効果は70%に減ずるだけなので十分観測可能であると考えている。数ミリ幅のストライプ磁区と磁区内の反転構造等が観測できれば本萌芽研究としては完成である。

Causes of Carryover

平行化光学系(X線屈折レンズ)の購入費用は代理店概算見積りで300万円であったが、予算が減額されて総額250万円となったため、そのままでの購入は不可能となった。そこで代理店と善後策について検討し、レンズ数に制限があるなど冗長性に欠ける解ではあるが、約75万円で屈折レンズを購入することができた。このため差額が生じ、次年度使用額が発生することとなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

移相子用XZステージに50万円程度、θχステージに40万円程度、ドライバおよびケーブル類に20万円程度、光学素子等に60万円程度、X線パスや試料ホルダ等製作に20万円程度、旅費に30万円程度を予定している。