| 研究課題/領域番号 |
19H00661
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
田中 良和 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (90250109)
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| 研究分担者 |
大浦 正樹 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, チームリーダー (50250113)
田中 義人 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (80260222)
木村 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80323525)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 強相関系 / 放射光 / 共鳴X線回折 |
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| 研究実績の概要 |
狭義の多極子は一原子がもつ波動関数で表される．最近これを拡張した近接原子を含めたクラスター多極子や，軌道角運動量の異なる軌道から構成されるハイブリッド多極子などの拡張多極子が提唱されている．この背景には，マルチフェロイック物質に代表される交差相関による電気磁気応答，輸送現象，励起構造などの非自明な物理現象を統一的に理解しようと試みがある．このような交差相関においては、局所的な空間反転対称性と時間反転対称性の破れを表す奇パリティ拡張多極子の働きを理解することが重要である．この奇パリティ拡張多極子は，その掌性による符号があり，ドメインを形成する．
共鳴X線回折は拡張多極子が形成するドメイン構造を可視化できる非常に有用な手段である．目的とする元素の吸収端を利用することによって拡張多極子が形成する秩序を同定し，さらにマイクロビームによる走査によってドメイン構造を観察することができる．
当該年度はアナポール秩序が存在すると考えられているCuO，TbB4などの試料においてアナポール秩序，モノポール秩序のドメイン構造の観察および制御の研究をおこなった．CuOの研究においては低温における多段階秩序のドメイン形成についての知見を得，TbB4においては，モノポール秩序のドメイン形成に関する知見を得ることができた．
装置開発では、集光レンズとして用いるゾーンプレートのピエゾ素子を用いた微少移動システムの構築、集光試験を行った。その結果，Fe L3吸収端エネルギーにおいて集光サイズ200ナノメートルが実現できていることを確認した．この集光サイズは従来のミラー集光によるマイクロビーム幅20マイクロメートルを約二桁更新している。このように空間分解能が飛躍的に向上することとなった。今後，この技術を用いてより微細なドメイン構造を観察することができると期待できる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ゾーンプレート（軟X線集光レンズ）の設計は，高エネルギー領域（希土類M5吸収端領域）と低エネルギー領域（Mn，Fe，NiのL3吸収端領域）において二種類を製作した．それらの集光試験を令和二年度に行う予定であったが，コロナウイルスの蔓延によって予定していたビームタイムを確保することができなかった．しかし，あらたに購入した二次元ピエゾ素子を用いて，二次元ゾーンプレート微少移動システムを構築することができた．これを用いて令和三年度の10月，11月にFe L3吸収端においてナノメートル集光が実現できていることを確認した．空間分解能が飛躍的に向上し，拡張多極子が形成するドメイン構造の観察が可能となった．ナノメートル集光ビームを使った回折実験は令和四年度に予定している．また，Pb(TiO)Cu4(PO4)4の拡張磁気多極子ドメイン構造の観察と電場，磁場下におけるドメイン制御の研究については論文発表を行った．CuO，TbB4の拡張磁気多極子ドメイン構造の研究は終了し，論文を用意している．一時期遅れがあったが，順調に技術的開発と測定および研究発表が進んでいると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和四年度に構築したナノメートル集光ビームを使った回折実験を予定している．集光に使うゾーンプレートはエネルギーに合わせて二種類用意している．集光ビームを使った回折実験のためには，適切な検出器を適切な位置に配置する必要があるが，その設計は令和三年度に行っており，令和四年度はこれを実践するのみとなっている．試験試料としては，すでにドメイン構造が明らかになっている六方晶フェライトBa0.5Sr1.5Zn2Fe12O22を予定してる．
また，拡張多極子によるドメイン構造の研究として，令和三年度ではTbB4の拡張多極子であるモノポール秩序の研究を行ったが，令和四年度では，四極子秩序が形成されるNdB4の研究を推進する予定である．
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