Research and development of a neutron microscope for investigation of magnetic structure

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04457
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Soyama Kazuhiko 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, 副ディビジョン長 (90343912)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林田 洋寿 一般財団法人総合科学研究機構, 中性子科学センター, 副主任研究員 (50444477) ; 山村 和也 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60240074)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 中性子顕微鏡 / Wolter型スーパーミラー / プラズマCVM加工 / レプリカ法

Outline of Final Research Achievements

In order to develop a neutron magnetic microscope that applies a Wolter type-I multilayer supermirror, we successfully fabricated a Wolter-shaped mandrel made of synthetic quartz with a precise shape on the submicron level using the plasma CVM method, and also developed a coating technique of multilayer supermirror on the mandrel and a new replica method using a low-melting-point metal that does not increase the surface roughness of the multilayer mirror. We have succeeded in developing a free-standing cylindrical supermirror (m=2) by using the new replica method. We also conducted a 3-D simulation of the neutron magnetic microscope to evaluate the spatial resolution and neutron spin depolarization.

Free Research Field

中性子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁性体表面の磁気状態を可視化する方法としては、スピン偏極走査型電子顕微鏡による磁性体表面の原子レベルでの磁気イメージング、放射光の軟X線を用いたX線磁気円二色性（XMCD）のなどの分析が用いられているが、これらの手法は、磁性体の極めて表面（数nm～数百nm程度）にその観測領域が限られ、またその観察雰囲気も真空下、清浄面などの特殊環境下となる場合が多い。物性物理学の観点からこれらの詳細な物性を解き明かすとともに、磁気デバイスの高度化、製品化など社会への活用を踏まえると、物質材料のより深部を通常雰囲気で可視化する手段として貢献が期待される。