| 研究課題/領域番号 |
20K20905
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
酒井 宏典 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (80370401)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | 核磁気共鳴法 / 集束イオンビーム |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、従来手法では測定できないトポロジカル電子相ダイナミクスや電流磁気効果を測定できる実験手法開発を行うことである。トポロジカル相では表面電子・スピン状態を検出することが実験的命題であり、そのために新しい表面敏感NMR手法として、化合物自体をNMR高周波伝送回路として組み込むことを提案し、トポロジカル電子相のダイナミクスや電流磁気効果を調べるためのツールとしたい。具体的には、集束イオンビーム(FIB)を用いて、トポロジカル化合物自身を微小な薄膜コイル状や伝送路として成形し、その薄膜パターン試料から核磁気共鳴(NMR)信号を得たり、FIB加工した微小金属コイルを用いて表面敏感NMRを行いたい、と考えている。この挑戦的課題に対して、次のような2つのNMR実験を想定して、実験を進めている。一つは、単結晶そのものをFIB超微細加工しNMR測定を行うこと、もう一つは、単結晶表面にFIB超微細加工した通常金属コイルを密着配置しNMR測定を行うこと、である。そのために、今年度は、実装試験として、厚み200 ナノメートルの多結晶ニオブ金属(Nb)薄膜を作成し、数100マイクロメートル角サイズのらせんコイルや、ジグザグ線路パターンの製作を行った。また、Nb薄膜上の１辺100マイクロメートルの正方形内において、実際にFIBを用いて、微小ならせんコイルやジグザグ線路の加工を行うことができた。Nb金属は、Nb核核磁気共鳴(NMR)が可能であるので、これらのパターンを用いてNMR実験を今後行う予定である。また、トポロジカル化合物として、ビスマス系トポロジカル絶縁体の単結晶育成を行なった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本挑戦的課題に対して、次のような2つのNMR実験を想定して、研究を進めた。一つは、単結晶そのものをFIB超微細加工しNMR測定を行うこと、もう一つは、単結晶表面にFIB超微細加工した通常金属コイルを密着配置しNMR測定を行うこと、である。そのために、今年度は、ニオブ金属(Nb)薄膜を作成し、数100 μm角サイズのらせんコイルや、ジグザグ線路パターンの製作を行った。また、Nb薄膜上の100 μm角サイズ範囲において、FIBを用いて、らせんコイルやジグザグ線路の加工を行なった。また、トポロジカル化合物として、ビスマス系トポロジカル絶縁体の単結晶育成を行なった。実際に、Nb膜を使って、微小らせんコイルや、ジグザグ線路のパターン化に成功し、それらをNMRプローブに端子付や配線を行い実装するための実体顕微鏡やマニピュレーターの整備なども順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度に製作したNb膜のテストパターンを使った物性測定や、Nb核核磁気共鳴(NMR)実験を計画している。そのための、端子付や配線を行うための実体顕微鏡やマニピュレーターの整備をさらに進めて、金線などの銀ペースト付け、スポット溶接ができるようにする。また、テストパターンによる実験進捗に合わせて、新たにトポロジカル物質の単結晶を、FIBを用いて微小コイルやジグザグ路に組み込むための準備を進めている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍において、実験予定や出張予定に変更が生じたため。今年度も同様の事象が想定されるが、遠隔での共同実験やそのための消耗品購入等で執行する予定である。
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