2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02244
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
中村 哲也 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 副主席研究員 (70311355)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小谷 佳範 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (10596464)
岡本 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10292278)
菊池 伸明 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80436170)
野村 光 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20506258)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Ｘ線磁気円二色性 / 放射光 / 軟Ｘ線 / スピントロニクス / STM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、動作中のスピントロニクス素子におけるナノスケール磁化ダイナミクスを、放射光ナノビームにより可視化する技術を開発し、素子研究の新たな局面を切り拓くことを目的としている。従来の磁気観察手法で成し得なかったビット径が最小φ100 nm 以下の素子に対する磁化ダイナミクス観察を可能にすることを特徴とする。
H27年度に計画した「軟X線ナノビーム生成技術の先端化」については、当初のビーム径である約φ100 nmを約φ75 nmに向上した。一方、当初計画ではφ10 nmの軟X線ナノビームを生成して、これをスピントロニクス素子に照射して磁気信号を検出することも検討したが、具体的にフレネルゾーンプレートを集光レンズに用いて得られるビーム強度に対して、従来の全電子収量法では十分な磁気信号強度が得られないことが、SPring-8における実験を通して判明した。そこで、STM探針を軟X線ナノビームの照射位置に近接させ、これを検出器として機能させることを着想し、装置の基本設計と部品調達、および、組み立てを完了した。世界初の試みであるが、本研究で目的とする10 nmよりも高い空間分解能でスピントロニクス素子の磁化ダイナミクスを観察する技術として現状で最も有望である。
H27年度の具体的な実施項目として、１．プローブの瞬間的な振動状態の変化を検波可能な瞬時周波数変化解析装置の開発、２．放射光吸収に伴う試料の熱膨張の影響を低減可能な専用のデジタルフィードバック回路の開発、３．10 MHz程度の高周波カンチレバーに適したI/V変換器の設計、４．ピエゾステージの高速走査時における吸収コントラスト計測法の構築、５．超高真空チャンバーへのマイクロ波導入系の構築、６．試料へのマイクロ波磁場印加、７．マイクロ波印加時の全電子収量法によるナノMCD計測の感度評価などの技術開発を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
技術開発として難しい課題に取り組んでいる状況にあるが、先端的なスピントロニクスデバイスのナノ磁性計測手法として極めて重要な取り組みである。当初の計画では、フレネルゾーンプレートによる集光光学系を構築した上で、防音環境や精密空調によってビーム径φ10 nm以下の軟Ｘ線ナノビーム生成を予定していた。これは世界的にみても現実的な計画であるが、たとえφ10 nmの軟Ｘ線ナノビームを生成しても、信号検出感度の観点から、測定に最適化した特別なデモンストレーション試料への適用しか期待できないという結論に至った。
そこで、実用スピントロニクス材料への適用可能性を重視し、信号検出にSTM探針を利用しつつ、探針先端付近に実績のあるφ100 nmの軟Ｘ線ナノビームを照射して、磁気信号の検出を試みるという方針に改めた。このシステムを構築するためには、STMとしての機能をもつユニットと軟Ｘ線ナノビーム生成ユニットを同架した設計が必要となるが、STM機能に必要な部品をSTM探針周辺に配置することで、軟Ｘ線ナノビーム生成調整に必要なアクチュエーターが設置できない問題に直面した。この問題について数ヶ月にわたり解決策を検討した結果、軟Ｘ線ナノビーム用のアクチュエーターを、STMユニットステージの裏面に配置することで配置の問題が解決できることを見出した。H28年度に実際の放射光実験ができる目処が立ったことで、想定範囲内の進捗を得るに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度は、製作した放射光ナノビームSTM装置をビームラインの実験ステーションに据え付け、軟X線ナノビーム生成調整、STM探針と試料表面への軟X線ナノビーム照射試験、および、STM探針からの信号検出を目指す。また、この実験準備に必要な、走査プローブ顕微鏡制御システム、FPGA（Field Programmable Gate Array）ボード、および、制御アプリケーション開発ソフトなどの整備を事前に行う。実験はSPring-8の共用軟X線ビームライン（BL25SU）において2016B期に実施する。さらに、軟X線ナノMCDを用いた垂直磁化ナノ磁性体のスピンダイナミクス計測については、特に高周波同期による時分割実験の確立を目指した実験を継続する。以上はすべて難易度の高い技術開発ではあるが、実験結果については、段階的かつ積極的に関連学会において成果発表を行っていく。
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Research Products
(1 results)
