2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of SQUID Magnetic Microscope with Seamless Superconducting Flux Transformer and Flux Return Guide
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18K04185
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
林 忠之 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (80310978)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立木 実 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50318838)
小森 和範 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50354296)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | SQUID / SQUID顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / プローブ / 磁束トランス / 磁気像 / 空間分解能 / パーマロイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SQUID磁気顕微鏡と走査トンネル顕微鏡(STM)の特長を併せもったSTM-SQUID顕微鏡において、高透磁率プローブが試料から局所的に集束した磁束を、漏洩なくSQUID磁気センサに伝達させる技術を確立し、SQUID磁気センサの検出磁場感度ならびにこれに直結する磁気顕微鏡の空間分解能を向上させる装置開発を進めた。磁束検出機構は、磁束リターンガイドと超伝導磁束トランスからなるものである。試料から局所的に磁束を集束するファインなパーマロイプローブに同じパーマロイの磁束リターンガイドを接続して、試料との間に磁気閉回路を構成するデザインとした。超伝導テープを素材とする超伝導磁束トランスの片方のループにプローブを貫通させ、SQUID磁気センサに他方のループを配置させることとした。この機構の有用性は、有限要素法シミュレーションで確認した。
超伝導磁束トランス単体について、MOセンサ、ホールセンサを用いて動作を確認した。
磁束検出機構部のすべてのパーツを組み上げ、結合実験をスタートさせた。標準試料によるSQUIDの磁場検出感度の評価を進めたところ、ヘッド先端部のアクリル製真空窓に着霜が生じる不具合が発生した。真空層のスローリークの可能性が見られ、原因箇所の特定と修繕にあたり、当初の研究期間から1年延長した。
結合実験において、パーマロイプローブ先端からSQUIDへの磁束の伝達は確認できた。STMの機能は確認できたが、良好なSQUIDの磁束変調動作が得られず、磁気像描出には至らなかった。原因を調査したところ、超伝導磁束トランスの基板であるハステロイに生じる渦電流の影響で共振回路の特性が劣化しているものと思われる。貫通穴を設けたサファイア基板を製作して、超伝導薄膜を製膜し、フォトリソグラフィにより超伝導磁束トランスを形成することに方向転換して進めていたが、期間終了となった。
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