| 研究課題/領域番号 |
23K03311
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
奥山 大輔 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 (30525390)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 磁気スキルミオン / 中性子/共鳴軟X線散乱 / 非平衡定常/非平衡非定常状態 / 量子ビーム / 位相幾何学的欠陥の駆動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
軟X線を使ってより小さな試料体積で印加電流密度を劇的に増やし、磁気スキルミオン格子ではこれまで観測されていない動的秩序化及び動的量子融解現象の観測を目指す。まずは、中性子回折実験で 500 ~ 50 μm 厚さの試料で試料厚さと電流密度に対する磁気スキルミオンの応答の変化を観測する。次に、放射光軟X線回折で軟X線が透過可能な試料厚さ 1 μm 以下で実験を行う。中性子と放射光で 500 μm ~ 数百 nm 領域の磁気スキルミオン格子の電流に対する応答をカバーし閾電流密度の変化を調べる。また、1 μm 以下の試料で軟X線回折実験で高電流密度の印加を狙い、高電流密度での応答を観測する。
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| 研究実績の概要 |
磁気スキルミオンの駆動状態を明らかにすべく、電流で駆動中の磁気スキルミオンを調べる研究を行っている。これまでの実験で磁気スキルミオンが駆動を始める臨界電流密度 jc 以上で jc に近い低電流密度時の磁気スキルミオンは、試料の端付近で塑性変形を起こしながら駆動する塑性流動が観測されることを明らかにした。また、印加電流を交流にした時に塑性変形は fc 以上の周波数で消失することも発見していた。本研究の実施期間中に解析で進展があり、fc 以上で塑性変形が消失するのは駆動中の多数の磁気スキルミオンが互いに衝突して等間隔な格子が作られるランダム組織化によることを明らかにし、論文を投稿中である。
さらに jc よりもはるかに高電流密度下での磁気スキルミオンの流動状態を研究するため、国内中性子実験及び共鳴軟X線散乱実験を行うセッティング開発を目標にしていた。中性子実験は日本JRR-3炉でコイル付き冷凍機を電流印加用に改良し電流中の実験を可能とした。JRR-3では磁性体研究用の小角中性子散乱装置はないため、冷中性子3軸分光器 HER に改良した冷凍機を搭載して実験を行ったが、今回のセッティングでは磁気スキルミオンを観測することはできなかった。これは磁気スキルミオンが存在する磁場領域が 0.18 < B < 0.22 Tesla と非常に狭いが、印加磁場の測定機構を用意しなかったためと考える。
また、共鳴軟X線散乱実験の準備状況は、FIBで加工する前段階としての極薄（10マイクロメートル程度）の試料を用意する
ところでうまくいっていない。最近、おもて面だけでなく、おもて面と裏面を交互に研磨することで50マイクロメートル程度まで試料を薄くすることに成功している。この調子で使用する研磨剤の荒さを変えながら条件を詰めて、FIB加工の前段階の試料を用意したいと考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
解析の進展により、臨界電流密度以上でかつ低電流密度領域の磁気スキルミオンの駆動挙動はほぼ明らかになった。一方で、本研究の目的の一つである米国NISTから日本JRR-3への実験施設の変更は、高電流中での中性子散乱実験のセッティング開発は成功しているものの、正確な磁場印加及び小角散乱装置の使用ができなかったためか、磁気スキルミオンの測定には失敗している。余談ではあるがこれまで実験を行なってきた米国NISTの中性子散乱施設は未だ長期シャットダウン中である。また、共鳴軟X線散乱実験は電流実験用の極薄試料作成に苦心していたが、最近になって一定の進展があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
中性子散乱に関しては、開発した電流印加用の装置に磁場測定機構をつけることを考えている。また、中性子小角散乱装置は測定を簡便にする上で非常に重要であるため、中性子小角散乱装置を保有する他分野のグループに協力をお願いすることを考えている。共鳴軟X線散乱については、極薄研磨試料作成の条件がわかってきたので、さらに条件を詰めてFIB加工可能な試料の準備を進めたいと考えている。
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