NIMS,サブナノスケールで磁気構造を可視化

物質・材料研究機構(NIMS)は,ナノメートル以下のスケールで物質の磁気構造を観察することができる高分解能ローレンツ顕微鏡法を世界で初めて確立した(ニュースリリース)。

近年,急速に進展している次世代磁性材料,特にスピントロニクスの分野においては,ナノスケールで変化する磁場をより高空間分解能で可視化する技術の開発が求められている。現在,直接観察による磁気イメージングで有力な手法の一つとして,透過電子顕微鏡を用いたローレンツ顕微鏡法がある。

しかし、この方法で用いる特殊な電子レンズ (ローレンツレンズ) は球面収差や色収差が大きいため,磁気構造の分解能は2–10nm程度に留まっていた。ナノスケールの磁気構造を正確に知るためには1nm以下の空間分解能が必要となる。

研究グループは,球面収差補正装置と電子線単色化装置を同時に組み合わせて用いることで,ローレンツレンズの球面収差等の高次収差と色収差を大幅に低減し,0.6nm以下のサブナノスケールの空間分解能を有する高分解能ローレンツ顕微鏡法を世界で初めて確立することに成功した。

希土類金属ジスプロシウム(Dy)では,スピントロニクスへの応用が期待される複数の磁気相が存在することが示唆されている。この手法を用いてこの磁気相を観察した結果,無磁場下で形成される磁気ソリトンの存在が明らかになった。

また,複数の磁気相が外部磁場により誘起され共存する磁場誘起ナノスケール磁気相分離を可視化することに成功した。今回明らかになったナノスケールの磁気微細構造と磁気相分離は,スピントロニクスの研究分野において重要な基礎的知見であると考えられるという。

次世代のスピントロニクスデバイスの研究開発においては,磁性体内部で形成されるナノスケールの磁気構造を制御することにより,新しい機能特性の発現を目指す研究が活発に行なわれている。この研究で開発された,サブナノスケールで磁気構造を可視化するローレンツ顕微鏡法は,これらの研究開発を加速させるものだとしている。

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