2019 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, 講師 (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 |
スピン偏極電子線を用いたスピン検出実証のため、らせん磁性やスキルミオンなどの特異な磁性特性を発現するマルチフェロイック物質および磁性薄膜の合成を引き続き実施した。低真空環境下でも観察可能な酸化物強磁性体試料として、コバルト亜鉛系合金を合成した。これは、比較的高い温度でスキルミオンを生成するとされているβ-Mn構造を有するキラル磁性体である。これを、ローレンツ透過電子顕微鏡（LTEM）法によりCoZnNi合金、CoZnFe合金の二種類の磁気構造解析を行った。CoZnNi合金では室温におけるスキルミオン生成の再現性を確認し、表面状態による磁気構造の変化を観察した。CoZnFe合金では室温において特異ならせん磁気構造を観察することに成功した。
前年度に実現したスピン偏極電子線源を搭載した走査電子顕微鏡（SEM）を用いた計測を実施した。これにより、NEA表面を利用した電子銃と低真空度の試料室の両立が可能であることを実証した。しかし、電子源の量子効率低下がみられることから、駆動レーザー強度のフィードバックによる放出電流安定化が必要であることも示唆された。LTEM観察に成功した磁性試料をもちいて新型SEMで観察を行い、入射スピン方向に対する検出強度依存を測定した。スピンアップ・ダウンの２つの信号の差分SE像の取得を実施することに成功した。また、コンピューター上で差分強度マッピングを表示することに成功した。
スピン偏極電子を入射電子とする低加速SEMを活用し、従来のスピン偏極逆光電子分光法における空間分解能を超える分解能で非占有スピン状態マッピング実現のため、本年度は試料のバンドギャップ程度の低エネルギー電子により10μm以下の分解能が得られる条件を検討した。これにより、電子線励起由来の発光を計測することで、非占有状態を観察できるスピン偏極逆光電子分光およびその高精度マッピングが可能となる。
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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
２０１９年度の研究内容は、１）スピン偏極電子銃を搭載した走査電子顕微鏡の実用性検討とそれを用いた磁性試料観察、2) コバルト亜鉛系合金の合成と磁性構造の観察、4)スピンアップ・ダウン走査電子顕微鏡像を用いたスピン差分像の取得、3) 低加速SEMによるスピン偏極電子マッピングの分解能特性の検討の４つである。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。さらに、室温において特異な磁気特性を発現する磁性試料作成、スキルミオン状態を発現する外部印加磁場・温度条件を見出すことに成功しており、この点は当初計画よりも進んでいるところとなる。また、装置性能としての問題点も見出され、次年度に新たに改善すべき点を見出すことができている。これにより、次年度以降に計画されるコヒーレントスピン偏極電子線の応用とスピン依存性の計測が計画通り進められる見通しとなる。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０１９年度に作成した装置と計測群、磁性試料をもちいてスピン依存性の計測に挑む。
低真空環境下でも観察可能な強磁性酸化物を試料とした、入射スピン方向に対する検出強度依存性の測定を引き続き進める。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シーケンスにより、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する。さらに、スピン差分強度が強い試料部分に走査ビームを固定し、そこから出力される信号の波高分析をすることで、スピン散乱断面積の極大値をとるエネルギー帯を探索する。これによって、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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[Journal Article] Smectic Liquid-Crystalline Structure of Skyrmions in Chiral Magnet Co8.5Zn7.5Mn4(110) Thin Film2019
Author(s)
T. Nagase, M. Komatsu, Y. G. So, T. Ishida, H. Yoshida, Y. Kawaguchi, Y. Tanaka, K. Saitoh, N. Ikarashi, M. Kuwahara, M. Nagao
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Journal Title
Physical Review letters
Volume: 123
Pages: 137203
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Observation of Anisotropic Skyrmion Interactions Using Lorentz Transmission Electron Microscopy2019
Author(s)
T. Nagase, M. Komatsu, Y. G So, T. Ishida, H. Yoshida, Y. Kawaguchi, Y. Tanaka, K. Saitoh, N. Ikarashi, M. Kuwahara, M. Nagao
Organizer
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2019 (ICMaSS)
Int'l Joint Research
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