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「磁気スキルミオン」の磁場をリアルタイムで可視化に成功東京大学 研究グループ

 東京大学の研究グループは,走査型透過電子顕微鏡(STEM)法と独自開発の分割型検出器を用いることにより,磁気スキルミオン内部の磁場をリアルタイムで可 視化することに成功したと発表した。磁気スキルミオンは,ナノメーターサイズの特異な渦状の磁気構造体であり,次世代磁気デバイス素子への応用が期待されている。しかし,従来の磁場観察では,磁気スキルミオン結晶中の乱れた領域の磁気構造をリアルタイムで可視化することは難しいとされていたところ,同グループは,ナノスケール観察で有力な手法である,走査型透過電子顕微鏡法を用いた観察を試みた。この手法は,これまで試料を磁場環境にさらす必要があり,その外部磁場のために磁気スキルミオンに強い影響を与えてしまう危険性があるため,磁気スキルミオン観察には用いられることはなかった。今回,試料近傍を無磁場条件下に保ったままナノサイズにまで電子線を絞り込む電子光学系を構築し,さらに,試料中の磁場による電子線偏向を分割型検出器を用いて高感度に検出することに成功した。さらに,分割型検出器からの検出信号を高速に磁場分布に変換するソフトウエアを開発し,磁気スキルミオンの内部磁場のリアルタイム可視化に成功した。これにより,磁気スキルミオン結晶同士の界面であるドメイン境界を観察した結果,そのコア部分には大きさや形状の異なるスキルミオンが周期的に形成されることを発見した。この結果,周囲の環境変化に応じて,磁気スキルミオンがその構造をフレキシブルかつ安定に変化させる能力を有することを示唆しており,今後のデバイス応用に重要な知見を与える成果となった。また,材料中の局所磁場の直接観察が容易になり,ナノレベルの磁気構造解析に新しい展開が期待される。

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