2022 Fiscal Year Research-status Report
極小磁気テクスチャの動的計測のための反射型コヒーレント回折イメージング法の開発
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22K18271
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
中尾 裕則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (70321536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 裕一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主幹研究員 (70571610)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Keywords | コヒーレントX線散乱 / 磁気イメージング / 軟X線回折顕微鏡 / コヒーレント回折イメージング / 共鳴X線散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、磁気スキルミオンや磁気カイラルソリトンといった幾何学的な特徴（トポロジー）を有する磁気テクスチャが盛んに研究されている。これまでに研究代表者らは、磁気テクスチャの磁性を担う3d・4f電子状態を直接観測可能な軟X線を利用した共鳴X線散乱法と光のコヒーレンスを利用したコヒーレント回折イメージング法を組み合わせた磁気イメージング手法を確立し、磁気テクスチャの実空間・動的計測を実現させてきた。しかしながら、トポロジー起源の巨大な物性応答や次世代スピントロニクスでの利用などの観点より、より小さな磁気テクスチャの物質開発が進んできている。そこで本研究課題では、これまでの手法を極小磁気テクスチャの観測が可能となる反射配置での高角散乱を利用した磁気イメージングへと昇華させ、極小磁気テクスチャの実環境下動的(オペランド)計測の実現に挑戦する。
初年度は、共鳴X線散乱による3d・4f電子状態の周期構造の観測のために開発してきた真空中2軸X線回折計を、エンコーダー付ピエゾステージを組み合わせ、nm精度で制御可能な反射型コヒーレント回折イメージング(CDI)用2軸回折計へと改造するとともに、入射X線からコヒーレント光を切り出すための新たな照明光学系の構築を行った。さらに、試料位置の温度ドリフトや振動の問題を可能な限り軽減するための超小型Heフロー型冷凍機の開発も進めた。また、反射配置でのCDI法による磁気テクスチャの三次元イメージングに向けた磁気テクスチャの実空間像の三次元再生法の開発に向けた解析環境整備も進めた。
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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
共鳴X線散乱による3d・4f電子状態の周期構造の観測のために開発してきた真空中2軸X線回折計には、高角領域での測定のための2θステージ・検出器部が実装されており、これらを流用しつつ、反射型コヒーレント回折イメージング(CDI)用2軸回折計へと改造を進めた。まず、試料部の回折計はnm精度での制御が必須であり、エンコーダ付ピエゾステージを組み上げ新たに作製した。さらに、これらの新たな駆動系の導入のために、回折計の真空チャンバーの改造を行った。また、反射配置でのCDI実験の実現のために必須となるのが、コヒーレント光の切り出しのためのピンホールと試料の位置の分離であり、今年度新たに入射X線からピンホールでコヒーレント光を切り出し、フレネルゾーンプレートでピンホール像を試料位置に結像するコヒーレント光照射システムを構築した。加えて、このピンホールと試料の位置の分離により生じる「試料位置の温度ドリフトや振動の問題」を回避する必要があり、熱膨張の影響が小さくかつ試料温度が30K以下にできる小型冷凍機を開発した。
広く利用されている透過配置でのCDI実験では、強磁性体の磁気ドメインの磁化の向きを含めた3次元イメージングが報告されている。一方、反射配置でのCDI法による磁気テクスチャの3次元イメージングの報告はないものの、硬X線領域では数10nmサイズの微粒子の内部の格子定数の3次元分布の解析が報告されている。そこで、これまでに開発・発展させてきたCDI法による磁気イメージングのノウハウと、上述の反射配置でのイメージング法を組み合わせ、新たな磁気テクスチャの実空間像の三次元再生法の確立を目指す。そこで、三次元像再生法の開発に向けた解析環境整備を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のように当初の予定通り順調に研究開発が進んでおり、「反射型コヒーレント回折イメージング(CDI)用2軸X線回折計とコヒーレント光照射法の開発」、「反射型CDI解析手法の開発」を推進する。さらに、放射光のパルス特性を利用した外場に対する応答の時間分解測定の試みも並行して進める。
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| Causes of Carryover |
ピンホールでコヒーレント光を切り出し、フレネルゾーンプレート(FZP)でピンホール像を試料位置に結像する光学系を構築するために、初年度にフレネルゾーンプレートの購入を予定していたが、他の用途用のFZPが利用できることとなり、まずはそちらを用いたコヒーレント光照射システムの構築・立ち上げを進め、結果を踏まえて最適なFZPを次年度以降に購入することとした。
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