共鳴軟Ｘ線コヒーレント回折法が拓く新しいドメイン構造物性研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25286090
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 中尾 裕則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (70321536)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: コヒーレント回折 / 共鳴Ｘ線散乱 / ドメイン / 外場応答 / 構造物性

研究実績の概要

本研究課題では、強相関電子系の巨大応答現象の背後に存在すると期待されている相分離・２相共存といったドメインの応答状態を、共鳴軟Ｘ線コヒーレント回折法により観測する手法の確立を目指す。H27年度は、H26年度に開発した試料自身でコヒーレントX線を切り出す実験手法を、実際の系に適用した。具体的には、磁場を介さない情報の消去・書込ができ、高速・低消費電力・高密度な次世代記録素子や演算素子として期待されているトポロジカルな磁気構造であるスキルミオン格子の観測に適用した。結果、共鳴軟X線散乱法によるスキルミオン格子の観測に成功した。この結果は、これまでに報告されていた電顕や中性子回折の結果と比較して、放射光ならではの非常に高角度分解能での観測法であることを示すとともに、共鳴信号が非常に強くフレームレート(10Hz)でのリアルタイム観測を実現させた。この特徴を生かし、磁場変化後の数秒間での格子緩和に付随したスキルミオン格子の回転というカイネティクスの存在だけでなく、磁場の上げ下げで異なる緩和過程を示すことも明らかにした。さらに、コヒーレント回折イメージング法を適用し、磁場に対するドメイン変化の評価を行った。結果、PFで利用できるコヒーレントX線でイメージングが行えることを示すことが出来た。ただし、X線照射領域全体がほぼ単一ドメインになっているため、本来の意味のイメージングは出来なかった。その他、マンガン酸化物人工超格子における共鳴軟X線散乱による電子状態の解明や、共鳴軟X線散乱によるLaCoO3薄膜の特異な表面状態の解明を行った。

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

当初の目的である共鳴軟Ｘ線コヒーレント回折法により観測する手法として、試料自身でコヒーレントX線を切り出す方法がほぼ確立でき目的の１つは達成された。また、得られたコヒーレント回折像から実像に戻す方法として、位相回復アルゴリズムを適用することで、実像が得られることも確認することができた。ただし、上述のように、X線照射領域全体がほぼ単一ドメインになっているため、本来の意味のイメージングにはなっていない。今後、その他の系に本手法を適用していく。また、X線ホログラフィの手法も適用してみたが、コヒーレント回折の方が測定対象の観測に適していることが分かった。一方、４象限スリットを用いたコヒーレントX線の切り出し実験は、真空中で駆動させる機器を既存の回折計に対応するように設計するところで時間がかかった。特に回折計を制作したメーカーの担当者と、軟X線用回折計の真空槽内に４象限スリット設置するためのステージの設計を進めてきていたのだが、担当者が事情により退社してしまった。このため年度内の製作を見合わせた。

今後の研究の推進方策

本研究課題では、「軟 X 線領域でのコヒーレントX 線の利用は、硬 X 線と比べて波長が長く、長いコヒーレント長を比較的容易に得られるのがメリットであり、多少輝度が良くない PFでもコヒーレント X 線が利用できること」に着目し、研究を進めてきた。結果、すでに述べてきたように、PFでのコヒーレントX線の利用が可能であることを示した。今後は、残された課題である、４象限スリットを用いたコヒーレントX線の切り出し実験を実施するため、４象限スリット設置するためのステージを新規に設計・製作し、実験を実施する。

次年度使用額が生じた理由

４象限スリットを用いたコヒーレントX線の切り出し実験に向け、軟X線用回折計の真空槽内に４象限スリット設置するためのステージを、回折計を制作したメーカーと検討してきたが、設計を担当していたメーカーの担当者が事情により退社してしまった。そのため、改めて、設計打ち合わせから他メーカーで進める必要が出てきたため、年度内に製作することが出来なくなった。

次年度使用額の使用計画

４象限スリット設置するためのステージを、H28年度に新しいメーカーと相談の上、新規に設計・製作する。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of magnetic order in multiferroic SmMn2O5 studied by resonant x-ray magnetic scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishii, S. Horio, M. Mitarashi, T. Sakakura, M. Fukunaga, Y. Noda, T. Honda, H. Nakao, Y. Murakami, and H. Kimura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 064415:1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.064415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of all-in type tetrahedral displacements in nonmagnetic pyrochlore niobates (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Torigoe, Y. Ishimoto, Y. Aoishi, H. Murakawa, D. Matsumura, K. Yoshii, Y. Yoneda, Y. Nishihata, K. Kodama, K. Tomiyasu, K. Ikeda, H. Nakao, Y. Nogami, N. Ikeda, T. Otomo, and N. Hanasaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 085109:1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.085109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Ordering of Orbitals at Higher Temperature in LaCoO3 Thin Film (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamasaki, J. Fujioka, H. Nakao, J. Okamoto, T. Sudayama, Y. Murakami, M. Nakamura, M. Kawasaki, T. Arima, and Y. Tokura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 85 ページ: 023704:1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.023704
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orthorhombic distortion and orbital order in vanadium spinel FeV2O4 (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kawaguchi, H. Ishibashi, S. Nishihara, S. Mori, J. Campo, F. Porcher, O. Fabelo, K. Sugimoto, J. Kim, K. Kato, M. Takata, H. Nakao, and Y. Kubota
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 024108:1-9
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.024108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantum Hall effect in a bulk antiferromagnet EuMnBi2 with magnetically confined two-dimensional Dirac fermions (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Masuda, Hideaki Sakai, Masashi Tokunaga, Yuichi Yamasaki, Atsushi Miyake, Junichi Shiogai, Shintaro Nakamura, Satoshi Awaji, Atsushi Tsukazaki, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Taka-hisa Arima, Yoshinori Tokura, Shintaro Ishiwata
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 29 Jan 2016: Vol. 2, no. 1 ページ: e1501117
  • DOI: 10.1126/sciadv.1501117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Charge Ordering in the Trimer Iridium Oxide BaIrO3 (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Terasaki, Shun Ito, Taichi Igarashi, Shinichiro Asai, Hiroki Taniguchi, Ryuji Okazaki, Yukio Yasui, Kensuke Kobayashi, Reiji Kumai, Hironori Nakao and Youichi Murakami
  • 雑誌名: Crystals 巻: 6 ページ: 27:1-12
  • DOI: 10.3390/cryst6030027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two kinds of in-plane resistivity anisotropy in Fe 1+ delta Te ( delta =0.09) as seen via synchrotron radiation x-ray diffraction and in situ resistivity measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Taro Nakajima, Tadashi Machida, Hironori Kariya, Daiki Morohoshi, Yuichi Yamasaki, Hironori Nakao, Kazuto Hirata, Takashi Mochiku, Hiroyuki Takeya, Setsuo Mitsuda, and Hideaki Sakata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 ページ: 205125:1-8
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.91.205125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural anomalies and short-range magnetic correlations in the Sr2VO4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichihiro Yamauchi, Kazuhiro Nawa, Masatoshi Hiraishi, Masanori Miyazaki, Akihiro Koda, Kenji M. Kojima, Ryosuke Kadono, Hironori Nakao, Reiji Kumai, Youichi Murakami, Hiroaki Ueda, Kazuyoshi Yoshimura, and Masashi Takigawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 064408:1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.064408
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic and Crystal Structures of the Room Temperature Ferrimagnet Ferromagnetic Phase in Sr3YCo4O10.5 (2015)
  • 著者名/発表者名: Akiko NAKAO, Hironori NAKAO, Kenji OHOYAMA, Shuki TORII, Junrong ZHANG, Takashi KAMIYAMA, Youichi MURAKAMI, Wataru KOBAYASHI, and Ichiro TERASAKI
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 8 ページ: 034010:1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.8.034010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strain-sensitive spin-state ordering in thin films of perovskite LaCoO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Fujioka, Y. Yamasaki, A. Doi, H. Nakao, R. Kumai, Y. Murakami, M. Nakamura, M. Kawasaki, T. Arima, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 195115:1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.195115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic and electronic states in (LaMnO3)2(SrMnO3)2 superlattice exhibiting a large negative magnetoresistance (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, T. Sudayama, M. Kubota, J. Okamoto, Y. Yamasaki, Y. Murakami, H. Yamada, A. Sawa, and K. Iwasa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 245104:1-8
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.245104
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamical process of skyrmion-helical magnetic transformation of the chiral-lattice magnet FeGe probed by small-angle resonant soft x-ray scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamasaki, D. Morikawa, T. Honda, H. Nakao, Y. Murakami, N. Kanazawa, M. Kawasaki, T. Arima, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 220421(R):1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.220421
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] α-EuP3単結晶の高圧合成と特異な磁気輸送特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野本敦朗, 高橋英史, 増田英俊, 酒井英明 , 山崎裕一 , 中尾裕則, 村上洋一, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 層状反強磁性体EuMnBi2におけるディラック電子の量子化ホール抵抗の観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 増田英俊, 酒井英明 , 徳永将史, 山崎裕一 , 三宅厚志, 塩貝純一, 中村慎太郎, 淡路智, 塚崎敦, 中尾裕則, 村上洋一, 有馬孝尚 , 十倉好紀 , 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] LaCoO3薄膜における光誘起電子 格子ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 深谷亮, 山崎裕一 , 中尾裕則, 野澤俊介, 一柳光平, 藤岡淳, 十倉好紀 , 足立伸一
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 共鳴軟X線散乱によるマンガン系人工超格子の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則，須田山貴亮，山﨑裕一，村上洋一，山田浩之，澤彰仁
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] 共鳴軟X線小角散乱によるB20型構造FeGeにおけるスキルミオン格子の観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山﨑裕一，森川大輔，本田孝志，中尾裕則，村上洋一，金澤直也，川﨑雅司，有馬孝尚，十倉好紀
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] 共鳴軟X線小角散乱を用いたマルチフェロイクスCu2OSeO3におけるスキルミオンダイナミクスの観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡村嘉大，山崎裕一，森川大輔，本田孝志，中尾裕則，村上洋一，関真一郎，賀川史敬，有馬孝尚，十倉好紀
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] カイラルソリトン格子CrNb3S6における特異的磁場応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本田孝志，山﨑裕一，中尾裕則，村上洋一，小椋隆弘，高阪勇輔，秋光純
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] 時間分解共鳴軟X線散乱で見たLa1/3Sr2/3FeO3薄膜における磁気秩序の超高速融解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 和達大樹，津山智之，伊藤俊，N. Pontius，C. Schussler-Langeheine，松田巌，簔原誠人，組頭広志，山崎裕一，中尾裕則，村上洋一
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] 共鳴X線散乱でみたLa1/3Sr2/3FeO3の磁気秩序の膜厚依存 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本航平，平田靖透，堀尾眞史，横山優一，田久保耕，簔原誠人，組頭広志，山崎裕一，中尾裕則，村上洋一，藤森淳，和達大樹
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] マルチフェロイクスBiFeO3における共鳴軟X線小角散乱 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山﨑裕一，本田孝志，中尾裕則，村上洋一，伊藤利充，牛山智晴，富岡泰秀，有馬孝尚，十倉好紀
  • 学会等名: 第29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: 東京大学柏の葉キャンパス(千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] 共鳴X線散乱による構造物性研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則
  • 学会等名: 日本表面科学会第35回表面科学学術講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] カイラルソリトン格子における磁場減少過程の特異的挙動の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本田孝志, 山崎裕一, 中尾裕則, 村上洋一, 小椋隆弘, 高阪勇輔, 秋光純
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス (大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 共鳴軟X線小角散乱による磁気スキルミオン格子の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山崎裕一, 森川大輔, 本田孝志, 中尾裕則, 村上洋一, 金澤直也, 川崎雅司, 有馬孝尚, 十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 多層ディラック電子系EuMnBi2におけるX線磁気共鳴散乱による巨大な層間磁気抵抗の起源探求 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増田英俊, 酒井英明, 三宅厚志, 徳永将史, 山崎裕一, 中尾裕則, 村上洋一, 有馬孝尚, 十倉好紀, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] R3Co4Sn13(R=Ce, La)の放射光X線による単結晶構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大友優香, 岩佐和晃, 富安啓輔, 佐賀山基, 佐賀山遼子, 中尾裕則, 熊井玲児, 村上洋一
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] R3Rh4Sn13( R=Ce,La )の構造相転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 巣山和哉, 岩佐和晃, 富安啓輔, 佐賀山基, 佐賀山遼子, 中尾裕則, 熊井玲児, 村上洋一
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] ルテニウムの二量体構造を持つBa3Ca1-xZnxRu2O9の基底状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐太一, 田辺賢士, 谷口博基, 小林賢介, 佐賀山基, 中尾裕則, 熊井玲児, 村上洋一, 寺崎一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 共鳴軟X線散乱による巨大磁気抵抗効果を示すマンガン系人工超格子の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則, 須田山貴亮, 山崎裕一, 村上洋一, 山田浩之, 澤彰仁
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 軟X線回折によるLa1/3Sr2/3FeO3薄膜の磁気秩序の膜厚依存性の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本航平, 平田靖透, 堀尾眞史, 横山優一, 田久保耕, 簔原誠人, 組頭広志, 山崎裕一, 中尾裕則, 村上洋一, 藤森淳, 和達大樹
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 時間分解軟X線散乱で見たLa1/3Sr2/3FeO3薄膜における磁気秩序の超高速融解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 和達大樹, 津山智之, 伊藤俊, N. Pontius, C. Schussler-Langeheine, 松田巌, 簔原誠人, 組頭広志, 山崎裕一, 中尾裕則, 村上洋一
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Electronic Ordering States in Strongly Correlated Electron Systems Studied by Resonant Soft X-ray Scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao
  • 学会等名: The 12th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-07-06 – 2015-07-10
  • 国際学会 / 招待講演