NIMS、サブナノスケールで磁気構造を可視化する電子顕微鏡技術を開発

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物質・材料研究機構(NIMS)は2017年10月12日、nm(ナノメートル)以下のスケールで物質の磁気構造を観察できる「高分解能ローレンツ顕微鏡法」を確立したと発表した。今回の研究成果が、次世代スピントロニクスデバイスの研究開発の加速に寄与するとしている。

近年、スピントロニクスの分野で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。ナノスケールの磁気構造を正確に把握するためには、1nm以下の空間分解能が必要となる。現在、透過電子顕微鏡を用いたローレンツ顕微鏡法が、直接観察による磁気イメージングにおける有力な手法のひとつだが、この方法で用いる電子レンズ (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。

今回、NIMSの研究チームは、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ることで、ローレンツレンズの球面収差などの高次収差と色収差を低減し、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確立した。同手法を用いて、スピントロニクスへの応用が期待される複数の磁気相の存在が示唆されている希土類金属ジスプロシウム(Dy)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としている。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の可視化にも成功した。

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