Nanoscale dynamics of magnetic and ferroelectric domains induced by acoustic waves

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14488
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Nakamura Asuka 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (90823584)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超高速時間分解電子顕微鏡 / 5次元走査型透過電子顕微鏡 / ナノ音響波 / 磁気音響結合

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a new methodology for ultrafast transmission electron microscopy that can detect acoustic waves and magnetic/ferroelectric domain structures in nanomaterials. We established five-dimensional scanning transmission electron microscopy, which reveals the amplitude and polarization of nanometric acoustic waves in thin silicon plates. By combining this method with Lorentz electron microscopy, which can visualize the magnetic structure, we further reveal characteristic coupling between the acoustic wave and vortex core.

Free Research Field

超高速ダイナミクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、これまでの超高速時間分解電子顕微鏡の課題であった物理量の定量評価法である5次元走査型透過電子顕微鏡法を世界で初めて確立し、ピコ秒スケールでの歪み・磁場・電場の定量評価に成功した。これにより明らかになった音響波と還流磁区との結合は、従来の磁歪とは異なる磁気音響結合の可能性がある。物質中における歪み・磁場・電場といった複数自由度の同時観測は、今後様々な物質中の自由度間の結合を明らかにすることに利用できると期待される。