時間分解X-FMRイメージングによる交流スピン流のダイナミクス解明

• 研究課題/領域番号: 17H04920
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 大河内 拓雄 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光・イメージング推進室, 主幹研究員 (00435596)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 20,930千円 (直接経費: 16,100千円、間接経費: 4,830千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
• キーワード: マイクロ波共鳴 / 強磁性共鳴 / 光電子顕微鏡 / 時間分解計測 / イメージング / 磁気ダイナミクス / 放射光 / 時間分解測定 / 磁性 / スピン流 / ダイナミクス

研究成果の概要

次世代の高速・省エネの通信デバイスの開発に資するべく、理論的に非熱的な「スピン流」を信号とするデバイス開発に役立つ「実空間」「実時間」「元素選択的」なX線強磁性共鳴イメージング手法の開発を行った。最も困難とされる、高圧レンズシステム近傍でのマイクロ波入力を想定した試料ホルダを開発し、マイクロ波入力下での光電子顕微鏡観察が可能であることを実証した。実試料での時間分解計測には至っていないが、実用化に向けた方針を切り拓くことができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題では、高速・省エネの新規磁気通信デバイスの開発を狙いとして、微細加工された磁性材料における磁化歳差運動の伝搬を「実時間で」「元素選択的に」とらえることを目指した研究開発を行った。これにより、構成元素に特徴的な運動状態を解析するとともに、実空間解析でしか分からない「欠陥による特性劣化を含めた解析」「微小領域の狙い撃ち解析」などもでき、理想系・単一材料系からの見解とのギャップを埋めた知見が得られる。本研究の成果を活かしてスピン運動のピンポイント計測「時間分解X-FMRイメージング法」を世界に先駆けて標準化し、グリーンデバイス開発を世界規模で加速させていきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Present status of photoemission electron microscope newly installed in SPring-8 for time-resolved nanospectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuo Ohkochi, Hitoshi Osawa, Akinobu Yamaguchi, Hidenori Fujiwara, Masaki Oura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 11 ページ: 118001-118001
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4b12
  • NAID: 210000157281
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Real-space and pulse-by-pulse analysis of domain wall creep induced by spin-Hall torque (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohkochi Takuo、Kim Kab-Jin、Kim Sanghoon、Yoshimura Yoko、Tanigawa Hironobu、Ohshima Norikazu、Koyama Tomohiro、Kotsugi Masato、Chiba Daichi、Ono Teruo、Kinoshita Toyohiko
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 2 ページ: 023001-023001
  • DOI: 10.7567/1347-4065/aaf628
  • NAID: 210000135283
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical control of magnetization dynamics in Gd-Fe-Co films with different compositions (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuo Ohkochi, Hidenori Fujiwara, Masato Kotsugi, Hirokazu Takahashi, Roman Adam, Akira Sekiyama, Tetsuya Nakamura, Arata Tsukamoto, Claus M. Schneider, Hiroto Kuroda, Elvis F. Arguelles, Mamoru Sakaue, Hideaki Kasai, Masakiyo Tsunoda, Shigemasa Suga, and Toyohiko Kinoshita
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 10 ページ: 1030021-4
  • DOI: 10.7567/apex.10.103002
  • NAID: 210000135995
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 静磁・交換エネルギー発現の時間スケールの同定 ～時分割計測のための試料物性の制御～ (2019)
  • 著者名/発表者名: *大河内 拓雄、大浦 正樹、大澤 仁志、山口 明啓、藤原 秀紀、関山 明、木下 豊彦
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 磁気ダイナミクス解析の進展を目指した 光電子顕微鏡装置の新規導入 (2019)
  • 著者名/発表者名: *大河内 拓雄、大浦 正樹、大澤 仁志、山口 明啓、藤原 秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Present Status of Development and Utilization of Soft X-ray Photoemission Electron Microscopes in SPring-8 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuo Ohkochi
  • 学会等名: X-ray Imaging Optics 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Determination of magnetization alignment speed by observing nucleation process of magnetic vortices (2019)
  • 著者名/発表者名: *Takuo Ohkochi, Masaki Oura, Hitoshi Osawa, Akinobu Yamaguchi, Hidenori Fujiwara, Akira Sekiyama, Toyohiko Kinoshita
  • 学会等名: the 64th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Direct observation of nucleation process of magnetic vortex structure by means of time-resolved photoemission electron microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: *Takuo Ohkochi, Masaki Oura, Hitoshi Osawa, Akinobu Yamaguchi, Hidenori Fujiwara, Akira Sekiyama, Toyohiko Kinoshita
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解顕微分光解析の進展を目指した新しい光電子顕微鏡装置の導入 (2019)
  • 著者名/発表者名: *大河内 拓雄、大浦 正樹、大沢 仁志、山口 明啓、藤原 秀紀
  • 学会等名: 第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 磁気渦構造における磁気エネルギー発現の時間軸解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: *大河内 拓雄、大浦 正樹、大沢 仁志、山口 明啓、藤原 秀紀、関山 明、木下 豊彦
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 放射光光電子顕微鏡で視る電子/磁気状態 ～顕微XAFSから磁気ダイナミクスまで～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 大河内 拓雄
  • 学会等名: 第8回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 招待講演