2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19H00661
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田中 良和 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 特別嘱託研究員 (90250109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80323525)
大浦 正樹 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, チームリーダー (50250113)
田中 義人 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (80260222)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 放射光実験 / 共鳴X線回折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は，放射光X線源から出射される強力なX線源を利用し共鳴X線回折を行っている．共鳴X線回折は，X線の多様な偏光特性を活用することができるため，通常のX線回折では見えない固体中の軌道，スピ ン，電荷などの秩序状態を観察することができる．近年，時間，空間の反転対称性を破る奇パリティの磁気秩序が，電気磁気効果や交換バイアス，高速制御など様々な応答を示すことから基礎・応用の両面で大きな注目を集めている．共鳴X線回折を用いることによりこれらの奇パリティの磁気秩序が織りなす秩序状態をキラリティを含めて詳細に観察することができる．特に極度にX線を集光することにより，それらの秩序が物質内で形成するドメイン状態を観察することができる．
本年度は，前年度に制作設計した軟X線用の集光装置ゾーンプレートのシステムの改善を行った．大きなバックグランドとなるゾーンプレートから生じる高次光（第三次光，第五次光）を遮るためピンホールを設置した．この位置を調整するためピエゾ素子による調整機構を付け加えた．
令和二年度の後半に，主として用いているSPring-8，BL17SUビームラインにおいてアンジュレータの故障が生じたため，軟X線領域の共鳴X線回折は一時中断をせざるを得ない状況となった。そのため，硬X線領域の共鳴X線回折実験をいっそう活用することにした．
硬X線領域では，3d遷移金属のK吸収端，4f希土類元素のL吸収端が利用できる．令和三年度は，TbB4のモノポールドメインの観察，NdB4の四極子秩序ドメイン観察をSPring-8、BL29XUL、BL19LXUを用いて遂行した．軟X線領域のCuOのアナポールドメインの観察は東京大学物性研究所BL07SU に課題申請することによって遂行した．BL07SUではBL17SUと同様にCu L3吸収端の軟X線を利用することができる。
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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
令和二年度に制作したゾーンプレート(軟X線集光レンズ)の性能検査試験を行った．ピンホールをゾーンプレートの後方に配置し，ゾーンプレートによる高次光（三次、五次光）の除去を行った．ピンホールの位置は二次元ピエゾ素子を利用し制御できる．これを用いて令和三年度の10月，11月にFe L3吸収端においてナノメートル集光が実現できていることが確認された．つまり，従来の湾曲ミラーによるマクロビームと比較し，空間分解能が飛躍的に向上し，拡張多極子が形成するドメイン構造の観察が可能であることが明らかとなった．
Pb(TiO)Cu4(PO4)4の拡張磁気多極子ドメイン構造の観察と電場，磁場下におけるドメイン制御についてはこれまでの研究成果をまとめ，論文発表を行った．BL17SUのアンジュレータの故障のため，軟X線を用いた研究が一時中断することになったが，硬X線を用いることによって補完的に研究を推進することができた．CuOについては拡張磁気多極子ドメイン構造の研究は終了し，論文を用意している．一時期遅れがあったが， 順調に技術的開発と測定および研究発表が進んでいると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和三年度にFe L3吸収端において，ナイフエッジを用いてゾーンプレートによる集光試験をおこない，サブマイクロメートル級の集光が達成できていることが確認されて，これを踏まえて，次年度は実際に回折実験に応用する．回折光を測定するための検出器は令和元年に購入済みである．検出器の配置設計は令和三年度に行っており，令和四年度はこれを実践するのみである．試験試料は，低エネルギー側のFe L3吸収端においては六方晶フェライトBa0.5Sr1.5Zn2Fe12O22，高エネルギー側のTb M5吸収端においてはTbB4を予定している．拡張多極子によるドメイン構造の研究では，令和三年度に硬X線を用いたTbB4のモノポール秩序の研究を行ったが，データが不十分であることが判明した．令和四年度は，BL17SUのアンジュレータの修理が終了する見込みとなっており、ひきつづき軟X線円偏光を用いてTbB4のモノポール秩序の観察と制御を行う予定である．
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Research Products
(3 results)
