| 研究課題/領域番号 |
23K25133
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03879 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
稲見 俊哉 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (30354989)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
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| キーワード | X線磁気円偏光発光 / 磁区 / 方向性電磁鋼板 / 電磁鋼板 / 磁区イメージング / 3次元可視化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
強磁性体内部での磁区の分布や、それぞれの磁区の外部磁場に対する応答は、電磁鋼板の低鉄損化など応用研究に深く関わっているにも拘らず、実は、適切な測定手法が無いため良く知られていない分野です。この問題に対し、近年、応募者はX線領域の新しい磁気光学効果「X線磁気円偏光発光」を発見しました。物質透過能に優れ、磁性に感度が高いという特長があり、これまで、この原理を利用した磁気顕微鏡の開発を行ってきました。本研究では、この顕微鏡を3次元的な磁区の観察ができるよう発展させ、方向性電磁鋼板を測定対象として、従来、計算や想像でしかなかった磁区の形を観察で明らかにし、デバイスの高性能化への貢献を目指します。
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| 研究実績の概要 |
強磁性体の内部の磁区分布や、その磁場に対する応答については、永久磁石の保磁力向上や電磁鋼板の低鉄損化など応用研究に深く関わっているにも拘わらず、適切な測定方法が無いため、充分知られていない領域である。この問題に対し、研究代表者はX線領域の新しい磁気光学効果「X線磁気円偏光発光」を2017年に発見した。物質透過能に優れ、磁性に感度が高いという特長があり、続いて当該原理を利用して、磁性体内部の磁区観察が可能な磁気顕微鏡の開発を行い、水平方向分解能10 μm、深さ方向は積分して(平均深さ10-20 μm)観測する走査型磁気顕微鏡として2021年に完成させた。
本基盤研究では、この成果を発展させ、深さ分解計測を実現し、磁区の3次元可視化を達成する。方向性電磁鋼板を測定対象とし、特徴的な補助磁区の構造など、従来、計算や想像でしかなかった対象を観察で明らかにし、現象の理解を進め、デバイスの高性能化への貢献を目指す。
本研究で用いる磁気顕微鏡は、主に、集光光学素子、平行化光学素子、円偏光解析装置からなる。励起光として放射光X線を用い、これを集光光学素子で試料上に集光し、入射側の空間分解能を得る。試料からは特性X線が発せられ、これを平行化光学素子である程度の立体角で集め、平行化し、さらに後段の円偏光解析装置で円偏光度を求め、ここから発光領域の磁化を推定する。平行化光学素子は受光領域が広く、出射側に空間分解能がない。しかし、平行化したX線の角度発散を制限すると受光領域を制限できることを見出し、この手法を用いて深さ分解計測を実現する。
2022年度は、3次元磁区測定で問題となる、測定の高速化の解決のため、大強度の準単色光を入射X線として用いた試行実験を実施し、これまでの4倍の検出強度を確認した。また、今後の準単色光実験に利用するための、入射X線集光ミラーの設計製作を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の研究実施計画では、(i)充分な受光側の空間分解能を得るため、高精度の平行化ミラーを製作すること、(ii)3次元磁区測定で問題となる、測定の高速化の解決のため、大強度の準単色光を入射X線として用いる測定系を構築する、の2点を開発要素として設定していた。
しかし、(ii)に関し、当初の計画では予想していなかった問題が見つかった。まず、大型放射光施設SPring-8において、準単色光が利用でき、共用枠のあるビームラインとしてBL36XUを選び、実験を行うこととした。計画では、入射X線をスリットで切り出すことで充分な強度が得られるという試算であったが、予備測定の結果、充分な入射強度を得るためには、不要と考えていた集光ミラーの整備が必要なことが分かった。そこで、計画を変更し、2022年度には、(i)に代わって、入射X線集光用のミラーの設計製作を実施した。また、2022年度に、受光面積が若干小さい集光ミラーを借用し、BL36XUで試行実験を行い、これまでの4倍の検出強度を達成できることを確認した。新しく製作した集光ミラーでは、受光面積を広げることができ、検出強度はいくらか増大する予定である。
一方、(i)に関連して、これまでの測定結果を解析することにより、顕微鏡の空間分解能の形状を見積もることができた。これにより、デコンボリューションのような手法により、測定の不明瞭さを減少させることが可能になり、高精度平行化ミラーに頼らなくてもある程度の解析は可能になると考えている。また、分解能悪化の原因の解明にもつながり、実際、平行化ミラーの精度不足が原因でない可能性もありうる。
計画変更のため、進捗状況は評価し難いが、2022年度の当初計画は、ミラーの設計製作と、準単色光実験の実施であったので、ほぼ同程度の内容と言える。計画変更の部分を鑑みて、やや遅れていると評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は、BL36XUでの実験に使用できるよう、製作した集光ミラーの整備を進める。具体的には、ミラー保護用のアクリルケースの製作やミラー駆動用の自動ステージの購入、ステージ組み立てのためのアダプタの設計製作等を行う。2023年度後半のビームタイムの申請を行い、実験を実施する。実験は、いきなり3次元磁区測定を実施するのは避けて、実績のある2次元磁区マップの測定で、高速化の確認、問題点の抽出を行う。
ビームタイムが採択されなかった場合は、2024年度前半のビームタイムを、ビームタイムの確保が確実な成果公開優先利用課題で課題申請を行う。この場合は、本基盤研究の達成が必須なので、3次元磁区測定を実施する。
当初計画の、補助磁区の3次元磁区測定と、低鉄損化材の3次元磁区測定のうち、少なくとも前者は2024年度中に実施し、結果をまとめ、国内学会の発表、および論文の作成を行う。
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