2021 Fiscal Year Research-status Report
Real space analysis of the in-plane magnetic structure of a layered system using neutron spin echo technique
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19K12647
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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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, 研究主幹 (90379008)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 偏極中性子散乱 / 中性子光学 / 磁気多層膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和２年度までに実施した、実空間での多層膜面内磁気構造解析のためのＭＩＥＺＥ型中性子スピンエコー装置に関する仕様検討の結果、中性子偏極スーパーミラー等の中性子スピン制御デバイスを高性能化し、中性子強度を稼ぐ必要があることがわかった。令和３年度は上記項目、特に中性子偏極スーパーミラーの偏極可能な中性子波長領域を拡大し、測定に利用できる中性子強度を稼ぐための研究開発を進めることとした。イオンビームスパッタリング法により成膜されたＦｅ／Ｇｅ多層膜に対して偏極中性子非鏡面反射測定を行った結果、Ｇｅ層厚が２ｎｍ以下の領域では、Ｇｅの層厚が減少するにつれて隣り合うＦｅ層の間で強磁性的な層間交換結合が成長し、Ｇｅ層厚が約１.２ｎｍで強磁性的な層間交換結合を伴う磁気構造が支配的となることを明らかにした。これを利用することにより、これまで磁化を維持することが困難であった周期長が６ｎｍ以下のＦｅ／Ｇｅ多層膜に対してバルクに近い磁化を安定化させ、令和４年現在で世界最高の値となるニッケルの６.２倍の全反射臨界角を持つ中性子偏極スーパーミラーを成膜することに成功した。ＪーＰＡＲＣの物質・生命科学実験施設のような幅広い波長域をもつパルス中性子源では、測定に利用可能な中性子強度の大幅な増加に繋がる成果であり、査読を経て学術雑誌Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓにて発表された（１０．研究発表参照）。
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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３年度においては、当初計画通りにＭＩＥＺＥ型中性子スピンエコー測定に利用可能な中性子強度の大幅な増加に資する成果が得られたことや、１年間の延長によりさらなる中性子偏極デバイスの高性能化が期待できることから、おおむね順調であると判断することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も継続的に実空間での多層膜面内磁気構造解析のための中性子スピン制御デバイスの仕様検討を進め、必要に応じてそれらの研究開発を進める。さらに、本手法が目指すサイエンスであるバルクとは異なる多層膜特有の磁気特性（特に半導体ギャップにおける磁気層間交換結合）に関しても、系統的に研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
令和３年度までに実施した中性子スピンフリッパーや中性子偏極スーパーミラーの仕様及び技術的検討に時間を要し、当初計画よりも令和３年度の支出額が少なかったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は令和３年度に得られたスパッタリングにより成膜された磁気多層膜の磁気層間交換結合に関する磁気多層膜の相関交換結合のメカニズム解明に係る費用として使用する予定である。
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