2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel spin-analysis using a coherent spin-polarized electron beam
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17H02737
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
桑原 真人 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (50377933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
肖 英紀 (肖英紀) 秋田大学, 理工学研究科, 助教 (10719678)
石田 高史 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (60766525)
長尾 全寛 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (80726662)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピン / コヒーレント / マルチフェロイック / 電子顕微鏡 / ナノ材料解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン偏極したコヒーレント電子線の生成が可能なスピン偏極電子銃を、走査電子顕微鏡に搭載するため、電子光学設計を行い、最適なレンズ位置と絞り位置を決定した。これを元に、電子銃とSEM本体を接続する超高真空チャンバーを設計・作成し、イオンポンプ、NEGポンプ、コリメーターレンズおよび固定・可動絞りを含む差動排気システムを完成させた。さらに、電子顕微鏡本体と電子銃との接続確認を実施した。これと並行してスピン偏極BSE検出器の設計を実施した。これにより、後方散乱電子の入射スピン方向に対する検出強度依存を測定が可能となる、検出器感度、検出器設置空間の制限を考慮した最適な検出方法を検討した。
一方、スピン計測用試料としてマルチフェロイック物質合成を進めた。焼結法によるバルク材の作製とPLD蒸着法を用いた多層薄膜構造材料の作製の両面で進め、組成比、温度、雰囲気条件などの条件出しを実施した。これにより、バルク材において転移温度が室温付近に存在する組成比を見出すことに成功した。また、ローレンツTEM像によりスキルミオン状態が発現する印加磁場とスキルミオン格子サイズを確認した。
さらに、空間位相変調したコヒーレントスピン偏極電子線の生成をじつげんするため、コヒーレントなスピン偏極電子線を用いて軌道角運動量を付加したスピン偏極-電子らせん波の生成を目指した。このため、既存のスピン偏極透過電子顕微鏡（SPTEM）に、試料照射前位置にフォークマスク型絞りからなる空間位相変調絞りを挿入し、軌道角運動量を付加した電子線を生成し、回折図形を取得することに成功した。
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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
H29年度の研究内容は、１）スピン偏極電子銃の低加速SEMへの搭載のための電子光学設計と連結用差動排気室作成、それを検出する２）スピン偏極BSE検出器の設計、３）空間位相変調したコヒーレントスピン偏極電子線の生成、４）スピン計測用測定試料の作成の４つに分けられる。これら４項目ともに当初計画通り進んでおり、次年度に控える研究に遅延などの影響を及ぼすことなく進行している。これにより、次年度以降の装置組立、BSE検出強度におけるスピン依存性の計測、空間位相変調したコヒーレントスピン偏極電子線の生成などが計画通り進められる見通しが立っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度に作成した装置群を接続し、電子銃、差動排気チャンバーそれぞれの真空状態が維持されることを確認する。その後、スピン偏極電子線をSEM本体に通し、二次電子（SE）像を取得する。このSE像を用いて、各電子線エネルギー、収束角に対する空間分解能を計測する。これにより、低加速SEMにおいて色収差低減効果による空間分解能の向上が実現されることを確認する。また、BSE検出強度におけるスピン依存性の計測を実現するため、低真空環境下でも観察可能な強磁性酸化物を試料とし、その後方散乱電子の入射スピン方向に対する検出強度依存を測定する。スピンアップ・ダウンの２信号の差分BSE像の取得を実施し、そのスピン差分BSE像における入射電子エネルギー依存を解析する。信号処理についてはコンピューター上に自動的に差分強度マッピングが表示される信号処理系を構築し、スピン依存性を最大化した検出条件を探し、散乱断面積のスピン依存性を物質のフェルミレベル近傍の電子スピン状態と合わせて明らかにする。
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