2019 Fiscal Year Research-status Report
Real space analysis of the in-plane magnetic structure of a layered system using neutron spin echo technique
| Project/Area Number |
19K12647
|
|---|
| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
|---|
Principal Investigator |
丸山 龍治 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (90379008)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 偏極中性子散乱 / 中性子光学 / 磁気多層膜 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では、偏極中性子非鏡面反射及び斜入射小角散乱法を用いて測定対象であるFe/Si多層膜の面内磁気構造解析を行った。本研究では中性子スピンエコー法を用いて実空間での面内磁気構造解析を試みることを目指しており、当該測定手法に適した試料を選定する上で重要なプロセスである。磁気ヒステリシス曲線に沿って外部磁場を変化させ、磁化の過程における面内磁気構造解析を進めた。交換結合長（Feでは約20 nm）よりも小さい結晶粒により構成される系では、バルクのように磁壁の形成と移動ではなく、隣り合うスピン間での交換相互作用によって結晶磁気異方性が平均化（ランダム異方性モデル）され、主として外部磁場に応じたスピンの回転によって磁化が進行する。バルクのように磁壁が移動により磁化が進むとすると、スピンの揃う領域は外部磁場とともに大きくなると予想されるが、偏極中性子散乱による面内磁気構造解析の結果、スピンの揃う領域は結晶粒のサイズ（10 nm以下）よりもずっと大きく、磁化の過程を通じて500-1100 nmの範囲内で外部磁場によって大きく変化しないことがわかった。これは、Stoner-Wohlfarth的なスピンの回転が支配的であり、試料の磁気特性がランダム異方性モデルに従うことを示している。また、保磁力と初期透磁率についてランダム異方性モデルによる計算値との比較を行ったところ、隣り合うスピンが面内方向に相互作用し同じ向きに揃う領域を形成する2次元のランダム異方性モデルとよく一致する結果が得られた。本研究成果は査読を経て学術雑誌crystalsにて発表された（10. 研究発表参照）。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和元年度は、当初計画どおりに本研究の測定対象である多層膜の面内磁気構造解析を進め、試料の磁気特性を支配するメカニズムを解明することができたことから、おおむね順調に進展していると判断することができる。また、研究成果については「10. 研究発表」に示すとおり、学術雑誌にて発表することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後も継続して多層膜の磁気特性を支配するメカニズム解明の鍵となる面内磁気構造解析を進める。令和元年度の研究において、非磁性層（Ge）の層厚が2 nm程度以下まで小さくなった際には隣り合う強磁性層（Fe）のスピンの相関が見られ、これが磁気特性に大きな影響を与え得ることが見出された。中性子スピンエコー法を利用した実空間での構造解析手法の開発の視点からも、応用可能なサイエンスを進展させることは極めて重要である。
|
| Causes of Carryover |
令和元年度に購入を予定していた、実空間構造解析が可能な中性子スピンエコー装置を構成する機器の仕様の検討に時間を要し令和元年度の購入を見合わせたため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は令和2年度分研究費と合わせて、隣り合う強磁性層のスピン相関がある場合の磁気構造解析手法に関する検討を進め、上述の機器に係る費用として使用する予定である。
|
Research Products
(2 results)
