末岡研究室：原子・分子分解でのスピンイメージングを実現する

北海道大学大学院 情報科学研究科の末岡研究室では、表面における電子のスピン状態をナノスケール、原子スケールで可視化する手法の開発と、これを応用した材料の探索を行っています。

Q."ナノメートルスケールの電子のスピン状態を計測したり、或いはそれを元にしてイメージング、可視化するという研究を行っております。特に走査型プローブ顕微鏡技術と­、電子顕微鏡を応用して、材料表面の電子スピン状態をナノスケール、究極的には原子分子の分解能を持つような、そういった究極空間分解能を有する顕微鏡技術の開発、それを­開発した後にその技術を使って様々な材料探索ですとか、そういったことに応用するような研究を進めています。"

従来のスピン状態を計測する手法の多くは、ミクロスケールの物質を確実に捉える計測が難しいために、マクロサイズの量を測定することでその平均を計測するのが限界でした。
これを解決するため、末岡研究室では電子線スピン分析装置を応用したスピン電子顕微鏡や微小磁気センサーを搭載した走査プローブ顕微鏡である走査磁気抵抗効果顕微鏡を独自­に開発し、ナノスケールのスピンイメージングに取り組んでいます。

Q."私共が開発している装置はピンポイントでここの原子のこの上の所で、どのようなスピン状態になっているか、或いはここの原子とこの原子の間の所でどいうスピンの配列­になっているのか、そういったことが計測できる装置ですので、非常に局所的なスピンの状態、或いは磁性そういった物が測定できる装置であるということで、他の従来の測定方­法とは非常に異なる測定手法になります。"

また、これまでに原子・分子分解でのスピンイメージングを実現するために、スピン分解能を有する走査型トンネル顕微鏡に関する研究を進め、鉄薄膜やマグネタイト薄膜の局所­的なスピン構造のイメージングを行ってきました。さらに、原子間力顕微鏡技術を応用して、探針と試料の表面の原子間の交換相互作用力を計測、これをイメージングする交換相­互作用力顕微鏡の開発も進めています。

Q."原子間力顕微鏡というのは針状に尖ったプローブと呼ばれている物の先端の原子と、それからうまく準備した、その表面の原子との間に働く力、原子間力を計測して、原子­の凹凸ですとか配列そういった物を計測する為の技術なのですが、これにスピンを観る為のスピン分解能を持たせることで、スピンに依存した表面の構造ですとか、スピンに依存­した電子状態ですとか、そういった物が計測できます。特に交換相互作用顕微鏡では、相互作用が表面のスピンの状態とそれからプローブ側の原子のスピンの状態に依存して大き­くなったり小さくなったりするわけで、その微小なこの変化を測定することで試料側のスピンの状態を原子スケールで計測すると、そういうことができる顕微鏡です。"

究極的な微細加工を行った後のスピン状態や、材料間の界面でのスピン状態のイメージング計測は、今後より開発が進められていくスピントロニクスデバイス関連の材料開発やデ­バイス開発の基盤になると期待されています。

Category:

Science & Technology

Tags:

• 北海道大学大学院
• 情報科学研究科
• 末岡和久
• 研究室
• スピン
• ナノ
• 顕微鏡
• 走査磁気抵抗効果顕微鏡
• スピン電子顕微鏡
• スピンイメージング
• 交換相互作用力顕微鏡
• 原子間力顕微鏡技術
• スピントロニクスデバイス