2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of AC-spin-current dynamics by time-resolved X-FMR imaging
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17H04920
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
大河内 拓雄 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (00435596)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マイクロ波共鳴 / 強磁性共鳴 / 光電子顕微鏡 / 時間分解測定 / イメージング / 磁気ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は学術的な実験の実施に先立って、SPring-8 の軟X 線ビームラインに設置の光電子顕微鏡(PEEM)装置において、X-FMR イメージング機構を整備することを目標とした。時間分解PEEM 観測システムはすでに定常的に運用されており、MHz 帯の高周波励起における磁気共振運動の測定などにも成功している。
当該年度の取り組みとして、GHz級のマイクロ波の導入が可能な専用試料ホルダの改良版を製作した。これまでの試作品では、試料の配線部が露出した構造であったことや、金属ホルダとセラミックの接合に用いた接着剤からの脱ガスにより、PEEM対物レンズに高電圧を印加した際の放電が問題となっていた。改良版においては接着材料の検討や、配線露出を避けるためのキャップも追加製作した。ここでは、キャップ付加によるマイクロ波の漏洩や反射の効果も計算し、協力メーカーと協議の上、最適なデザインを決定して製作を行った。テストパターンにおいて5 GHz以上の導入を確認し、脱ガスも大幅に抑えることができた。また、周波数外部同期が可能な電源も入手し、当該予算により試料とホルダの間を微細配線するボンディング装置、高周波電源用アンプとソースメーターも購入し、時間分解測定を行うための機材が整った。
以上、当該年度は試料ホルダと周辺システムを全て揃えて、定常状態におけるマイクロ波の安定的導入まで確認することができた。ここまでの進捗を踏まえて、平成30年度は予定通り、ポンプ-プローブ法を組み合わせた実験により、軟磁性体をベースとした多層膜試料のFMRを初めて観測することを目標とする。
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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
「研究実績の概要」にも示した通り、平成29年度の目標である、「時間分解X-FMRイメージング測定環境の整備」は予定通りに進行し、平成30年度以降に実施予定である利用実験へ繋げることができた。特に、PEEM用マイクロ波導入専用ホルダの改良版製作では綿密な設計によってこれまで問題となっていた放電問題が解決し、さらに、同期型のマイクロ波電源・アンプをはじめ、ボンディング装置や試料事前評価用のソースメーターなど必要な周辺機材を全て予算の範囲で揃えることができたことが目標達成に寄与した要因である。平成30年度以降の実験を実施するための放射光マシンタイムも十分に確保できる見込みであるので、整備環境を十分に活用して精力的に実験を進めていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの進捗は順調で、本格的な実験を進めるための準備が完了したため、平成30年度は予定通りに「交換結合型多層膜のACスピン流伝搬制御」の実験に駒を進める。この実験では、ナノスケールで積層した「磁性体(NiFe)/非磁性体(Cu)/磁性体(Co)」三層膜の磁化歳差運動を元素別に実時間で解析する。このような多層膜では、相対磁化配列の条件によってDC 電流下では巨大磁気抵抗(GMR)効果を発現するが、AC スピン流に対して類似の制御性を持つかどうかを検証し、高速領域のスピンの能動的制御を目指す。
具体的には、軟磁性NiFe層の強磁性共鳴（FMR）条件である数GHzのマイクロ波を導入した条件下で、NiFe層、ならびに積層されたCo層の磁化歳差運動を観測し、多層膜における歳差運動の伝搬や、その空間的不均一を観測する。これがNiFe層とCo層の静的な磁化配列を変化させた場合にどのような挙動となるのかも議論する。発展的なテーマとして、非磁性Cu層のFMRの検出も試みる。FMRによる歳差運動は微小であるため、十分なマシンタイムを確保して統計精度を得る。
さらなる発展的研究として、磁性および非磁性薄膜を面内接合させた系において、サブミクロンの長距離AC スピン流伝搬の様子を実空間で可視化することも計画している。これは最難度の試みであるが、逆に、上記のFMRの観測がうまくいかなかった場合にはこの系を用いてDC電流励起の非磁性細線への非局所スピン蓄積の観測などのサブテーマに転換することもできる。
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Research Products
(1 results)
