2018 Fiscal Year Annual Research Report
Observation and control of the skyrmion dynamics by ultrafast electron microscopy
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18H01818
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
下志万 貴博 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (70581578)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超高速電子顕微鏡 / 磁気スキルミオン / ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スキルミオンは次世代磁気メモリデバイスへの応用が期待されているナノメートルサイズの磁気構造体である。これまでローレンツ電子顕微鏡法によりスキルミオンの存在が明らかにされてきた。しかしスキルミオンの生成過程、外場印加による並進運動、複数の個体間の相互作用など、磁気メモリデバイスとしての性能を決定する重要なダイナミクスの解明は進んでいない。その理由としてナノメートルサイズの磁気構造をナノ秒以上の時間分解能で可視化する手段が非常に限られていることが挙げられる。本研究ではフェムト秒レーザーのパルス性を付加することで高い時間分解能を獲得した超高速ローレンツ電子顕微鏡を用いてスキルミオンダイナミクスの観測を行う。
今年度はナノ秒レーザーを用いた時間分解ローレンツ電子顕微鏡実験のための環境整備を行った。プローブ電子の生成に用いるナノ秒レーザーパルスを非線形光学結晶により４倍波（波長266nm）に変換し、フォトカソードに照射するための光学系を構築した。パルス電子を効率的に生成するために、フォトカソード上にレーザー光を直径50マイクロメーター程度に集光するレンズ系を設置した。また、試料の励起に用いるポンプ光には２倍波（波長532nm）の高次高調波を用いた。収束イオンビーム法を用いてCo9Zn9Mn2薄片を作製し、室温・弱磁場において準安定状態の磁気スキルミオンが観測されることを確認した。このように、ポンププローブ型のローレンツ電子顕微鏡により、光励起スキルミオンダイナミクスを観察できる状況を実現した。現在、実験を継続して行っている。
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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
ナノ秒レーザーを用いたポンププローブ・ローレンツ電子顕微鏡法の確立と、室温において準安定な磁気スキルミオンを示す材料の選定に成功し、当初予定していた時期に光励起スキルミオンダイナミクスの観測を開始することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本実験により得られたデータを解析し、スキルミオンダイナミクスの時間スケールの決定と可逆過程の中に潜む確率的現象に関する知見を得る。成果を論文にまとめ、学術誌に投稿するとともに、シングルショット・ローレンツ電子顕微鏡観察に向けた装置の仕様を検討する。また、電流通電下のスキルミオンダイナミクスの観測に向けて、ノッチ構造を有する薄片試料の作製と、ナノ秒パルス電流通電に適した電流通電試料ホルダーの仕様を検討する。これらと並行して、ポンププローブ・ローレンツ電子顕微鏡法により、らせん型スピン配列や磁壁といったナノ磁気構造体の光励起ダイナミクスの解明にも着手する。
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