ナノ磁石の定量測定に世界 初め 成功
ナノ 分解能 の強磁性体磁気 ン 測定への道を拓く
古屋大学 コ ピア科学研究所の武藤俊 教授 巽 一厳 准教授の プ 超高圧走査透過型電子顕微鏡を用い 鉄のナノ多結晶体の磁気 ン の定量的
1*
測定に初め 成功 た
磁石 いうマ ロ 磁気的性質 固体中の原子 持 電子に 生 磁気 ン
*2
お互いに 行に揃う 強磁性 いう性質に由来 い 武藤 教授 の プ ス ン プサ 大学の物性理論 プ 共 走査透過電子顕微 鏡
*3
電子の 損失分光
*4
を組 合わ た手法を開発 この磁気 ン をナノ 分解能 定量的に測定 こ に世界 初め 成功 た
本成果 イ ユ ヒ研究所の薄膜作製 プに 提供さ た表面酸 化膜の無い鉄の試料を用い 行わ た の 後材料磁性の基礎分 の研究の
永久磁石材料や磁気記録材料の開発 の 要 応用分 に寄与 の 期 待
本 成 果 成 26 1 月 23 日 付 英 国 時 間 10:00 英 国 科 学 雑 誌 Nature Communications にオン イン発表さ た
ナノ磁石の定量測定に世界 初め 成功
－ ー ル分解能 強磁性体磁気 ー ン 測定へ 道を拓く－
イン
古屋大学 コ ア科学研究所 武藤俊 教授 巽一厳准教授 ，超 高 走査透過型電子顕微鏡を用い 鉄 多結晶体 磁気 ン 定 的
1*
測定 初 成
磁石 いう 磁気的性質 固体中 原子 持 電子 生 磁気 ン
*2
互い 行 揃う 強磁性 いう性質 由来 い 武藤教授 ン 大学 物性理論 共 走査透過電子顕微 鏡
*3
電子 損失 光
*4
を組 合わ 手法を開発 磁気 ン
を 解能 定 的 測定 世界 初 成 本成果
イ 研究所 薄膜作製 提供 表面酸化膜 無い鉄
試料を用い 行わ 後材料磁性 基礎 研究 永久磁石
材料や磁気記録材料 開発 要 応用 寄 期待
本 成 果 成 26 1 23 日 付 英 国 時 間 10:00 英 国 科 学 雑 誌 Nature
Communications ン イン発表
背景
最近 強力 永久磁石や磁気記録媒体 材料開発 物質固 性質 磁性 磁石 性質 ，微細 結晶 集合体を作
え 結晶 結晶 境界面 う 格子 呼 原子 並び 乱 構造を 利用 強力 磁性を実現 う い 透明 磁石 従来 概念 を覆 う 材料開発 微細 組織制御 基 い 材料を開発
解能 材料 持 磁気 ン 空間 布を測定
可 い
固体 性質を測定 光や電子 子線
*5
を対象物質 入射 そ
生 応答を測定 実現 う 高い空間 解能 磁気
ン 測定を実現 以 イ 小 絞
電子を測定探針 用い 効果的 電子 士 磁気的 相互作用 小
物質 表面付近 測定を 解能 物質 磁気 ン
測定 困難
本研究 固体中 電子遷移
*6
確率 電子 ン
*7
向 異 電子
磁気 二色性 EMCD
*8
呼 性質を利用 遷移金属や希土類元素 磁性元素 磁性発現 起源 あ 磁気 ン 厳密 電子 軌遈角運動
ン角運動 を定 的 測定 を可能 方法 原理的
広 用い い 偏光X線を使う X線磁気 二色性 XMCD
*9
等
価 手法 小 絞 電子を使う 空
間 解能 遉成 期待
2003 欧州 い 透過型電子顕微鏡 高速電子 電子 損失 光法 を用い EMCD 測定原理 提案[1] 後 原理検証[2]を始 い
測定 行わ 入射電子 対 結晶 方位を正確 制御 検 出器 位置を最適化 必要 あ 信号強度 小 い 固体中 強い電子 間相互作用 多 散乱
*10
起 技術的 理由 信
頼 定 測定 困難
透過電子顕微鏡を用い 場合 入射電子 物質を通過 試料を薄片 化 必要 原理検証 型的 強磁性体 あ 鉄 コバ
測定を行う際 試料表面 酸化 や 測定結果 影響を及ぼ 問 題点 指摘 い
研究 内容
上記 技術的困難を克服 た ま 表面酸化を防 数 ア 層 試料表面を覆 鉄 微細粒多結晶薄膜試料を 研究所
作製 そ 大学 Jan Rusz博士 結晶方位 ン
場合 EMCD 信号強度 布 理論計算結果を基 武藤教授
2010 古屋大学 コ ア科学研究所 設置 超高 電子顕微鏡*11を利用
多 散乱効果を抑え イ 絞 電子を試料 走査
多数 点 測定 を 得 統計処理 イ 対
信号強度比を格段 改善 困難を克服
果 意義
本 果 特殊 専用装置を用い 無く 単純化さ た実験配置 磁性 起源 基本的物理量を ー ルオー ー 高い空間分解能 元素 択的 測定
道 うやく拓 ま た た えば微細組織制御 高い保持力を実現 い 永久 磁石材料 い 実際 う 組織 結晶粒界 析出物 最 効果的 磁性を発 現 い を測定 効果的 手法を与え ま またサ ロンサイ ま ウ ンサイ ン 行わ い 磁気記録媒体 ビッ パ ーン 磁気 ー ン 分布測定 さ
移金属を ー た酸化物透明強磁性体 磁性発現機構 解明 基礎 応用ま 様々 新 い展開 期待さ ま
さ 国 家芸 あ 超高圧電子顕微鏡 新た 効果的応用 道を拓いた点 い 一 イル ーン ま
紹 研究 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究 課題番号
25106004 若手研究 A 課題番号 24686070 文部科学省
び ン 府 国際共 研究 高等教育基金 STINT 支 援を
図１ X線磁気 二色性 XMCD 測定原理
図2 電子磁気 二色性 実験配置図 左図 示 う 二種類 散乱電子q, q’を検出器位 置 渉 体的 右図 示 う 電子回折面 赤 青 二種類 位 置 EELS を測定
図3 本研究 測定配置図 試料 を 電子 走査 異 結晶粒
を 集 呼 得
を統計処理 最終的 右 う 信号 イ 比 良好
EMCD信号 得
用語説明
*1 定量的
測定対象 的 側面 注目 数値を用い 記述 析を行う 対象 質的側 面 注目 定性的 対概念 EMCD 信号 磁気 ン 測定値
イ 大 ，測定値 比較 遉 い
*2 磁気 ー ン
磁石 強 を表 磁石 特性 あ 方向を表現 表 原子 磁気 ン 原子中 存 電子 ン角運動 電子 自転運動 軌遈角運動 電子 軌遈運動 和 表
*3 走査透過電子顕微鏡
電子顕微鏡 電子線を用い 試料 拡大像を観察 装置 一般 透過型電子顕 微鏡 TEM：Transmission Electron Microscope 走査型電子顕微鏡 SEM：Scanning
Electron Microscope 両者 遊い 透過型電子顕微鏡 厚 0.1 ン以 薄 試料 電子線をあ 試料を透過 電子 像を得 部構造 を観察 対 走査型電子顕微鏡 試料面 を電子線 走査 そ 得 二 電子や 射電子を用い 表面構造を観察 点 あ 対 走 査透過電子顕微鏡 STEM: Scanning Transmission Electron Microscope SEM 様 細 絞 電子線 試料 を走査 TEM 様 薄片試料を透過 電 子を用い 結像 析を行う装置 あ 現 1 ン 0.1
以 電子線 イ を絞 原子 空間 解能を持
*4 電子 損失 光
電子 薄片試料を透過 際 原子 相互作用 失う を測定 物質 構成元素や電子構造を 析 手法 EELS Electron Energy-Loss Spectroscopy 呼
*5 量子線
電子 光 X 線 ン 線 イ ン 総称 物質 性質
を測定 物質 照射 射線
*6 電子 移
物質 エ ル ーを吸収あ い 放出 伴う物質中 電子 状態 変化
*7 電子 ン
電子 持 固 性質 向 向 二 状態 表 電子 自転運動 イ 理解 物質 磁性 主 起源 あ
*8 電子磁気 二色性 EMCD
解説 XMCD 対 電子を磁性体 入射 観測 電子 損失 現 二色性信号 XMCD 等価 情報を え
*9 X線磁気 二色性 XMCD
磁性体 左 偏光 右 偏光X線 対 吸 係数 差 観測 XMCD
を解析 ，元素 ン磁気 角運動 び軌遈磁気角運
動 を定 的 決定
*10 多重散乱効果
物質 入射 た電子 物質内部 繰 返 散乱さ 現象 弾性散乱 非弾性散乱 分
特 後者 効果 EELS ペ ル 特徴 変調を生 定量測定 妨
*11 超高圧電子顕微鏡
1000kV 以 高 速電 透過電子顕微鏡 波長 短い を利用 高 解能化
図 0.1nm程度 解能 得 い 試料 対 透過能 高い 厚い試料
観察 電子線照射 材料損傷 研究 試料室 大 い
試料環境を制御 研究 容易 あ そ 特徴 挙
論文名
“Quantitative characterisation of nanoscale polycrystalline magnets with electron magnetic circular dichroism”
著者：Shunsuke Muto, Ján Rusz, Kazuyoshi Tatsumi, Roman Adam, Shigeo Arai, Vancho Kocevski, Peter M. Oppeneer, Daniel E. Bürgler & Claus M. Schneider
発表雑誌：Nature Communications 5 (2014) |DOI: 10.1038/ncomms4138
参考文献
[1] Hebert, C. & Schattschneider, P. A proposal for dichroic experiments in the electron microscope. Ultramicroscopy 96, 463-468 (2003).
[2] Schattschneider, P., Rubino, S., Hébert, C., Rusz, J., Kunes, J., Novák, P., Carlino, E., Fabrizioli, M., Panaccione, G. & Rossi, G. Detection of magnetic circular dichroism using a transmission electron microscope. Nature 441, 486-488 (2006).
