時間分解光電子顕微鏡による超高速磁気応答現象の観測

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18101004
• 研究機関: (財)高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 木下 豊彦 財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門・分光物性IIグループ, グループリーダー・主席研究員 (60202040)
• 研究分担者: 大谷 義近 東京大学, 物性研究所, 教授 (60245610) ; 福本 恵紀 財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門・分光物性IIグループ, 協力研究員 (20443559) ; 大沢 仁志 財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門・構造物性Iグループ, 協力研究員 (00443549) ; 松下 智裕 財団法人高輝度光科学研究センター, 制御情報部門・インターロックチーム, 主幹研究員 (10373523) ; 室 隆桂之 財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門・材料電子状態解析チーム, 主幹研究員 (50416385)
• キーワード: 光電子顕微鏡 / 磁区 / ダイナミクス / ポンプ&プローブ法 / 時間分解観察 / 放射光 / 微小領域磁性 / 磁気応答

研究概要

光電子顕微鏡とX線磁気2色性を組み合わせることで、微小領域の磁気構造観察を行うことが近年盛んであるが、さらに、時間分解測定の技術を組み合わせ、外部磁場に対する磁区運動の様子をストロボスコピックに撮影することを目的に研究を進めた。前年度導入したフェムト秒レーザー、再生増幅器が安定に動作するように、励起用の半導体レーザーを更新し、SPring-8の放射光バンチとの同期を取るようなシステムを構築した。フェムト秒レーザーを1.5Mhzの周波数で、リソグラフィーで作成した微小磁気回路に接続したフォトダイオードに照射することで、放射光と磁場パルスの同期を取り、その磁場パルスに対応するミクロンサイズの微小磁性ドットの磁区運動の様子をストロボ写真として観測することに成功した。与えた磁場パルス幅は約300 p Sであり、数百ナノ秒ごとの繰り返し現象としてイメージを取った。現在その運動の詳細を解析中である。システムの詳細やプレリミナリーな結果をいくつかの学会で紹介した。
また、今後は光誘起によってスピン反転を起こし、その様子を観測すること、交換バイアスが生じるような界面の磁区のダイナミクスを観測することを目的としているため、その静的な磁区観察を行い、その結果も報告した。光誘起磁化反転の観測を目指し、再生増幅器からの強力なレーザーパルスを5kHzで発振し、放射光との同期が取れていることを観測した。この条件では、放射光のバンチが蓄積リングを42周する間に一度同期が取れるという、非常に弱い信号しか来ないことになる。実際の予備実験でも、かなり厳しい結果が出ており、より強い放射光パルスが必要である。これは、エネルギー分解能を若干犠牲にしてでも達成しなければならず、現在放射光ビームラインBL25SUにおいて、その準備を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] Surface antifferomagnetic domain structures of NiO(001) studied using UV photoemission electron microscope, (2007)
  • 著者名/発表者名: F. -Z. Guo, et. al.
  • 雑誌名: Surface Science 601 ページ: 4686-4689
  • 査読あり
• [雑誌論文] How is it possible to obtain buried interface information through thick films using a hard X-ray PEEM?, (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Kinoshit, et. al.
  • 雑誌名: Surface Science 601 ページ: 4754-4757
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopically controlled oxidation of H/Si(100) by lateral surface electric field studied by emission electron microscopies, (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Fukidom, et. al.
  • 雑誌名: Surface Science 601 ページ: 4675-4679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of spectroscopic photoemission and low energy electron microscope using multi-polarized soft x-rays at BL17SU/SPring-8, (2007)
  • 著者名/発表者名: F. -Z. Guo, et. al.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instrumentation 78 ページ: 066107-1-3
  • 査読あり
• [学会発表] 磁気渦コアの慣性運動 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福本恵紀, ほか
  • 学会等名: 第21回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学びわこ草津キャンパス
  • 年月日: 2008-01-14
• [学会発表] 光電子顕微鏡による交換結合系Fe/NiO(100)の反強磁性および強磁性磁区構造観察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 新井邦明, ほか
  • 学会等名: 第21回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学びわこ草津キャンパス
  • 年月日: 2008-01-14
• [学会発表] Ni0(100)表面における反強磁性磁区構造の加熱効果の観察 (2007)
  • 著者名/発表者名: 新井邦明, ほか
  • 学会等名: 平成19年度表面科学会講演大会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所コンベンションホール
  • 年月日: 2007-11-01
• [学会発表] 反強磁性NiO表面上のFe超薄膜の磁化特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福本恵紀、新井邦明、奥田太一、松下智裕、郭方准、大浦正樹、竹内智之、中村哲也、室隆桂之、柿崎明人、木下豊彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2007年秋季 第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス/札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いた時間分解XMCD-PEEM(SPring-8/BL25SU) (2007)
  • 著者名/発表者名: 福本恵紀、松下智裕、大沢仁志、中村哲也、室隆桂之、木下豊彦、新井邦明
  • 学会等名: 分子研研究会「放射光と表面電子顕微鏡-顕微ナノ材料科学の新しい進展-」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] NiO(100)表面における反強磁性磁区構造の加熱効果の観察 (2007)
  • 著者名/発表者名: 新井邦明, ほか
  • 学会等名: 分子研研究会「放射光と表面電子顕微鏡-顕微ナノ材料科学の新しい進展-」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2007-09-10
• [学会発表] Development of time-resolved Photoelectron Emission Microscope for pump & probe measurements using fs-laser and SR light at SPring-8 (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Kinoshit, et. al.
  • 学会等名: The 15th International Conference on Vacuum Ultraviolet Radiation Physics
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2007-07-30