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令和２年度までに実施した検討により、実空間での多層膜面内磁気構造解析のためのＭＩＥＺＥ型中性子スピンエコー装置の実現には、中性子偏極スーパーミラー等の中性子スピン制御デバイスを高性能化し、中性子強度を稼ぐ必要があることがわかった。偏極中性子のビーム強度を稼ぐための研究開発の一環として、令和３年度からは上記項目、特に中性子偏極スーパーミラーの偏極可能な中性子波長領域を拡大し、測定に利用できる中性子強度を稼ぐための研究開発を進めることとした。イオンビームスパッタリング法により成膜されたＦｅ／Ｇｅ多層膜に対して偏極中性子非鏡面反射測定を行った結果、Ｇｅ層厚が２ｎｍ以下の領域では、Ｇｅの層厚が減少するにつれて隣り合うＦｅ層の間で強磁性的な層間交換結合が成長し、Ｇｅ層厚が約１.２ｎｍで強磁性的な層間交換結合を伴う磁気構造が支配的となることを明らかにした。これを利用することにより、これまで磁化を維持することが困難であった周期長が６ｎｍ以下のＦｅ／Ｇｅ多層膜に対してバルクに近い磁化を安定化させ、令和５年現在で世界最高の値となるニッケルの６.２倍の全反射臨界角を持つ中性子偏極スーパーミラーを成膜することに成功した。このことは、ＪーＰＡＲＣの物質・生命科学実験施設のような幅広い波長域を持つパルス中性子源において、測定に利用可能な中性子強度の大幅な増加が可能であることを意味し、当該課題においても大きな１歩となる成果を得ることができた。最終年度の令和４年度には、更なる高性能化を目指し、ＦｅとＣｒの組み合わせの磁気多層膜を用いるための検討を行った結果、イオンビームスパッタ法により成膜されたＦｅ／Ｃｒ多層膜が強い磁気層間交換結合を示すことを確認した。今後も実空間での多層膜磁気構造解析のためのスピンエコー装置実現に向け、中性子スピン制御デバイスに関して更なる研究開発を進める予定である。
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