2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an x-ray magnetic microscope aiming observation of magnetic domains inside materials
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19H04405
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
稲見 俊哉 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員(定常) (30354989)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁区 / 磁気顕微鏡 / 磁気光学効果 / X線磁気円偏光発光 / 電磁鋼板 / ランセット磁区 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強磁性体の内部で磁区がどのように分布しているのか、それぞれの外部磁場に対する応答はどうなっているのか。この単純そうな問題は、永久磁石の保磁力向上や電磁鋼板の低鉄損化など応用研究に深く関わっているにもかかわらず、適切な測定手法が無いため未だ知られていない領域である。この問題に対し、研究代表者はX線領域の新しい磁気光学効果「X線磁気円偏光発光」を2017年に発見した。物質透過能に優れ、磁性に感度が高いという特長があり、そこで本基盤研究では、この研究結果を発展させ、当該原理を利用した磁性体内部の磁区観察が可能な磁気顕微鏡の構築を目的とする。
まず、本基盤研究で構築する磁気顕微鏡の概要を説明する。励起光源としては放射光X線を用いる。主要なコンポーネントは、 集光光学素子、平行化光学素子、円偏光解析装置である。集光光学素子としては屈折レンズを用い、入射X線を約10 μm程度に試料上に集光する。平行化光学素子は、試料から散乱する蛍光X線を大きな立体角で集めると同時に平行光に変換し、下流の偏光解析装置に供給するもので、Montel型の多層膜ミラーを用いる。円偏光解析装置は蛍光X線の円偏光度を評価するもので、ダイヤモンド移相子、およびゲルマニウム単結晶からなる直線偏光解析装置で構成される。
円偏光解析装置や屈折レンズは(単体では)整備されていたので、2019年度は、磁気顕微鏡として組み上げての多層膜ミラーや移相子の調整手順の確立、また、多層膜ミラーの性能評価等を行った。この結果、入射X線エネルギー17.3 keV および26 keVで、電磁鋼板を試料として、そのストライプ状の主磁区やランセット磁区を10μmの空間分解能で観察することに成功した。また、26 keV入射の磁区観察では、いくつかの出射方向での観察も実施し、磁化方向についての議論も可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた入射X線集光用の屈折レンズのテスト等に加えて、平行化光学系としての多層膜ミラーの導入、円偏光解析装置と組み合わせての磁気顕微鏡の構築、各光学素子のおおまかな調整方法の確立、多層膜ミラーの性能評価、電磁鋼板を試料とした磁区観察、更には入射エネルギーを変えた磁区観察や出射方向を変えた磁区観察まで行うことが出来た。これにより、横空間分解能10μmながら、鉄試料に対し、20μm程度の深さまで観測するバルク敏感磁気顕微鏡を構築することが出来た。また、一部の成果は、X線非弾性散乱の国際会議で招待講演として発表した他、日本物理学会、日本磁気学会においても口頭発表を行い、好評を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したように、表面近傍の磁区を深さ積分して測定する、単純な磁気顕微鏡としては構築することができた。そこで2020年度、2021年度の計画としては、この成果を引き継ぎ、いくつかの発展を試み、応用研究へフィードバックできるような結果を得たいと考えている。具体的には以下の内容を予定している。まず、当初の計画に従い、電磁鋼板を試料とし、(i)試料への磁場印加機構を導入し、準静磁場下での磁区の応答を観測する。これにより、磁区構造と磁気特性の対応づけを試みる。続いて、(ii)同様に試料への応力印加機構を導入し、引張および圧縮応力に対する磁区の応答を観測し、磁気特性への影響を議論する。さらには、(iii)試料回転機構を導入し、いくつかの方向から磁区観察を行うことにより、磁化のベクトル測定を達成し、より詳細な磁区情報を得る。最後に、(iv)深さ分解測定を目標に、手法や光学素子の検討を進める。
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Research Products
(5 results)
