2021 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of micro-second magnetic dynamics by electron deflections
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18K14117
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴田 基洋 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (40780151)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 透過型電子顕微鏡 / 磁気ダイナミクス / 測定手法 / スピントロニクス / 電子線 / マイクロマグネティックシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
走査型透過電子顕微鏡法における電子線のスキャン範囲を調節するパラメータを利用して電子線プローブの動きを実効的に止められることを確認した。パラメータを調節することでプローブサイズに対して十分にスキャン範囲を狭くし、実質的に電子線を停止した状態で多分割環状検出器からシグナルを取得することができた。磁気ダイナミクスに由来する電子線の偏向の時間変化データの実験的取得については、マグネタイトナノ粒子などいくつかの磁性体試料について観察を行ったが、ドリフトなどの影響により磁気構造の分析はできなかった。一方、観察に適した時間スケールと位相変化を与える磁気ダイナミクスを示す磁性体試料の探索として、FeGeについてスキルミオンの生成・消滅のダイナミクスをローレンツ顕微鏡法で観察することで、典型的な存続時間と消滅時間などを得た。
計算科学的にはマイクロマグネティックシミュレーションによる磁気構造ダイナミクスの計算や、ベクトルポテンシャルを考慮し真空領域での漏れ磁場も含めた磁気構造由来の位相計算の環境構築を進めた。そのために、GPU計算環境を整備したほか、オープンソースのマイクロマグネティックシミュレーションコードを編集することでD2d点群の対称性を持つ系でのジャロシンスキー守谷相互作用を含む磁気構造ダイナミクスの計算を可能にした。これにより、マグネタイトナノ粒子の実験で得られたシグナルと、球体を仮定してシミュレートした静電ポテンシャルの微分位相分布について比較して微分位相感度について見積もった。また、試料外の真空領域の漏れ磁場も考慮して電子線偏向を計算するためのコードと計算環境を整えた。これらのコードは磁気構造の安定性や磁気構造観察に関連した共同研究などへ活用できた。今後、電流印加や熱揺らぎによる磁気ダイナミクスの数値計算と、そのダイナミクスにより誘起される電子線偏向の分析への活用が期待できる。
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