2020 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 |
今年度はナノ秒ローレンツ電子顕微鏡法を用いて、Co9Zn9Mn2薄片におけるヘリカル磁気構造の光駆動ダイナミクスの研究を行った。薄片試料の端面に150nm周期のジグザグ構造を形成することにより、磁気ストライプの一端をピニングした。本研究では、歪んだ磁気ストライプが光照射により消失し、複雑な過程を経て歪んだ初期状態を回復する様子を10ナノ秒の時間分解能で明らかにした。光照射後、歪みを伴わないストライプが形成され（0- 500ナノ秒）、その後、一部の磁気ストライプが隣のストライプに向かってベンドする。十分に接近するとストライプの繋ぎ変えが生じ、磁気刃状転移が生成される（3 マイクロ秒）。さらに、磁気刃状転移が隣接するストライプにスライドする（8マイクロ秒）。ローレンツ電子顕微鏡像の詳細な解析により、この一連のダイナミクスの中には、高確率で生ずる２つの緩和過程が存在することが示唆された。一般に繰り返し現象が前提とされるストロボスコピック・ポンププローブ法において、ナノ構造体に特徴的な確率的現象が示唆された。
本実験と並行して、ナノ秒レーザーを用いたシングルショット時間分解電子顕微鏡観察の試験を行った。現状で入手可能なフォトカソードとしてLaB6およびTaディスクを使用し、生成される電子数の評価とフォトカソードの耐久性の試験を行った。その結果、量子効率に勝るLaB6ではレーザーに対する耐久性が低く、耐久性に勝るとされるTaでは逆に電子数が不足した。これを解決するために２つの対策が考えられる。一つは高耐久性かつ高量子効率を両立するフォトカソード材料の探索。もう一つは、電子顕微鏡内部において効率よく電子を集める電子レンズ系の改良である。現状ではこれらの課題を直ちに解決することは困難であるが、シングルショット・ナノ秒ローレンツ電子顕微鏡法の実現のために重要な指針を得た。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(8 results)
