| 研究課題/領域番号 |
20H00349
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 関西学院大学 (2021-2023)
公益財団法人高輝度光科学研究センター (2020) |
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研究代表者 |
鈴木 基寛 関西学院大学, 工学部, 教授 (60443553)
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| 研究分担者 |
関 真一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70598599)
小野 輝男 京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2020年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
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| キーワード | 磁気イメージング / ３次元磁区構造 / 放射光 / ３次元磁区観察 / スキルミオン / 焼結永久磁石 / Ｘ線イメージング / 磁区構造 / トポロジカル磁区構造 / トポロジカル磁気構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁性体の物理的・工学的な性質は、内部に存在する「磁区」とよばれる構造によって支配される。そのため、磁区観察は磁性研究の有力な手段となっている。しかし従来の方法では試料表面の磁区観察しか行えなかった。本研究では、透過力の高い放射光Ｘ線を用いることで、試料内部の３次元的な磁区構造を直接観測可能とする磁気トモグラフィー法を開発し、立体的な３次元磁区構造と磁性との関係を解明することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
本研究でこれまで開発してきた走査型Ｘ線磁気トモグラフィー法での試料環境の拡張と適用試料の拡大を目的とし、強磁場印加条件での測定のためのセットアップを開発した。オフラインの超伝導磁石および電磁石を併用することで、最大5Tまでの磁場を試料に印加したのちの残留磁化状態での磁気トモグラフィー観察を可能とした。本手法を先端的な永久磁石材料である微細粒径ネオジム焼結磁石に適用した。その結果、ヒステリシス曲線に沿った減磁過程での永久磁石試料内部の磁区構造を３次元的に観察することに初めて成功した。これにより、これまでマイクロ磁気シミュレーションでしか研究されていなかった逆磁区核生成部位を実験的に特定するとともに、逆磁区が伝播していく様子を可視化することができた。以上の成果をまとめた論文が高インパクトジャーナルに掲載された。
一方で、結像型X線磁気トモグラフィー法の開発については、フレネルゾーンプレートによる結像光学系ではノイズや統計精度の点で課題が明らかになった。そのため、直接撮像型の高感度検出器の利用を検討したが、SPring-8のビームタイムが取得できなかったため、予定通り研究を進めることができなかった。また、フレネルゾーンプレートに変わる高効率の結像光学素子として、Advanced KBミラーの利用の検討を行った。
ベクトル磁気トモグラフィー再構成アルゴリズムについては、実測データへの適用を予定していたが、元の画像データのノイズ成分が妨げとなり、十分な精度での再構成を行うには至っていない。しかし、その解析の過程で、元画像の密度分布の微分に起因するアーティファクトを取り除くためのアルゴリズム開発を行い、ノイアーティファクトを効果的に除去することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
強磁場印加条件でのＸ線磁気トモグラフィー観察法を開発し、最先端の高性能永久磁石材料の観察に成功した。これにより、Ｘ線磁気トモグラフィー法の適用範囲を大きく拡大することができた。5Tまでの強磁場条件での磁気トモグラフィー測定は、海外のグループを含めても例がなく、我々のグループでのみ実現したものである。これらの成果をまとめた論文が高インパクトジャーナルに掲載された。一方で、結像型X線磁気トモグラフィー法の開発については、ノイズや統計精度の点で課題が残されており、その対策として直接撮像型の高感度検出器の利用を検討したが、SPring-8のビームタイムが取得できなかったため、予定通り研究を進めることができなかった。ベクトル磁気トモグラフィー再構成アルゴリズムの実測データへの適用を予定していたが、元の画像データのノイズ成分が妨げとなり、十分な精度での再構成を行うには至っていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は、今年度までに取り組んだテーマのいくつかを継続し、また成果を論文としてまとめる。具体的なテーマは以下の通りである。
(1) 外部磁場駆動による磁石材料内部の3次元磁区構造および磁壁構造変化の直接観察：磁気スキルミオン立体磁区の外場駆動による構造変化、および外部磁場下でのGdFeCoの立体磁区のピン留め現象について、データの解析と成果発表を行う。
(2) 結像型X線磁気トモグラフィー法の開発：Advanced KBミラーによる結像光学系を採用することで、磁気トモグラフィーデータの精度向上を図る。今年度に行えなかった、直接撮像型の高感度X線画像検出器の利用も検討する。
(3) 先端的ネオジム焼結磁石材料の磁化反転過程における内部磁区構造観察：今年度には、微細粒径ネオジム焼結磁石の磁気トモグラフィー観察を行った結果を論文として報告した。2023年度は、より高い保磁力特性を有する熱間加工ネオジム磁石材料について、強磁場下での磁気トモグラフィー測定データを取得し、速やかに成果公表を行う。
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