2018S2-006
コヒーレント軟X線回折によるメゾスコピック領域の磁気イメージング

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●基本情報
　●実験責任者：山崎　裕一（物質・材料研究機構）
　●課題有効期間：2018/10〜2021/9
　●実験ステーション：3A, 4C, 8A, 13A/B, 16A
　●関連課題：2015S2-007（共鳴X線散乱による磁気テクスチャとそのダイナミクスの観測）
　　　　　　　2012S2-005（外場下共鳴軟X線散乱による構造物性研究）

●課題の概要
　電子の持つ自由度である電荷・スピン・軌道のうち電荷の情報のみを使った従来の半導体エレクトロニクスに対して、スピンの自由度も活用したエレクトロニクス技術であるスピントロニクスが近年盛んに研究されている。材料の物性やデバイスの特性を理解するためには、平均構造だけではなく内部の電子構造が外場に対してどのように応答するかを実空間観測することが重要となり、ナノスケールの空間分解能で磁気秩序や電子状態を観測することが求められる。そのため、メゾスコピック領域における磁気構造、及び電子状態を高時空間分解能でかつ、材料やデバイスが実働している状態を観測するオペランド観測が可能な実験手法の必要性がますます高まっている。
　本研究は、共鳴軟X線散乱を用いたコヒーレント軟X線回折イメージングによるメゾスコピック領域の磁気構造や電子状態の実空間観測を行うことを目的とする。特に、共鳴X線散乱の特性を最大限に活かした、コヒーレントX線回折によるホログラフィー測定や位相回復アルゴリズムによる磁気テクスチャの実空間イメージング、パルス放射光を使った時分割測定による磁気テクスチャの高速ダイナミクス観測、電流・電場・磁場・応力など多彩な外場に対する磁気テクスチャの応答観測を行っていく。これらの研究により、メゾスコピック磁気構造の基礎物性を構造物性・電子物性の観点から解明し、強相関電子系やスピントロニクス物質、機能性材料で観測される創発物性の発現機構や特性の解明を目指していく。

●成果発表
　●論文

• "Microscopic evaluation of spin and orbital moment in ferromagnetic resonance"
  Yuta Ishii, Yuichi Yamasaki, Yusuke Kozuka, Jana Lustikova, Yoichi Nii, Yoshinori Onose, Yuichi Yokoyama, Masaichiro Mizumaki, Jun-ichi Adachi, Hironori Nakao, Taka-hisa Arima & Yusuke Wakabayashi
  Sci. Rep., 14 (2024) 15504.
• "Field-tunable Weyl points and large anomalous Hall effect in the degenerate magnetic semiconductor EuMg₂Bi₂"
  M. Kondo, M. Ochi, R. Kurihara, A. Miyake, Y. Yamasaki, M. Tokunaga, H. Nakao, K. Kuroki, T. Kida, M. Hagiwara, H. Murakawa, N. Hanasaki, and H. Sakai
  Phys. Rev. B, 107 (2023) L121112.
• "Development of Multi-scale Soft X-ray Diffraction Microscope for Observing Spin Textures"
  Yuta Ishii, Yusuke Kozuka, Yuichi Yamasaki, and Hironori Nakao
  JPS Conf. Proc., 38 (2023) 011190.
• "Possible helimagnetic order in Co⁴⁺-containing perovskites Sr_1−xCa_xCoO₃"
  Hidefumi Takahashi, Masaho Onose, Yasuhito Kobayashi, Takahiro Osaka, Soushi Maeda, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Hajime Sagayama, Yuichi Yamasaki, and Shintaro Ishiwata
  APL Materials, 10 (2022) 111116.
• "Spin-charge coupling and decoupling in perovskite-type iron oxides (Sr_1−xBa_x)_2/3La_1/3FeO₃"
  M. Onose, H. Takahashi, T. Saito, T. Kamiyama, R. Takahashi, H. Wadati, S. Kitao, M. Seto, H. Sagayama, Y. Yamasaki, T. Sato, F. Kagawa, and S. Ishiwata
  Phys. Rev. Materials, 6 (2022) 094401.
• "Topological charge of soft X-ray vortex beam determined by inline holography"
  Yuta Ishii, Hironori Nakao, Masaichiro Mizumaki, Yusuke Wakabayashi, Taka-hisa Arima & Yuichi Yamasaki
  Scientific Reports, 12 (2022) 1044.
• "X-ray study of ferroic octupole order producing anomalous Hall effect"
  Motoi Kimata, Norimasa Sasabe, Kensuke Kurita, Yuichi Yamasaki, Chihiro Tabata, Yuichi Yokoyama, Yoshinori Kotani, Muhammad Ikhlas, Takahiro Tomita, Kenta Amemiya, Hiroyuki Nojiri, Satoru Nakatsuji, Takashi Koretsune, Hironori Nakao, Taka-hisa Arima & Tetsuya Nakamura
  Nature Communications, 12 (2021) 5582.
• "High-pressure synthesis of Ba₂RhO₄, a rhodate analog of the layered perovskite Sr-ruthenate"
  I. Kurata, José A. Flores-Livas, H. Sugimoto, H. Takahashi, H. Sagayama, Y. Yamasaki, T. Nomoto, R. Arita, and S. Ishiwata
  Phys. Rev. Materials, 5 (2021) 015001.
• "Soft-X-Ray Vortex Beam Detected by Inline Holography"
  Yuta Ishii, Kohei Yamamoto, Yuichi Yokoyama, Masaichiro Mizumaki, Hironori Nakao, Taka-hisa Arima, and Yuichi Yamasaki
  Phys. Rev. Applied, 14 (2020) 064069.
• "Complete phase diagram of Sr_1–xLa_xFeO₃ with versatile magnetic and charge ordering"
  M. Onose, H. Takahashi, H. Sagayama, Y. Yamasaki, and S. Ishiwata
  Phys. Rev. Materials, 4 (2020) 114420.
• "Particle-size dependent structural transformation of skyrmion lattice"
  R. Takagi, Y. Yamasaki, T. Yokouchi, V. Ukleev, Y. Yokoyama, H. Nakao, T. Arima, Y. Tokura & S. Seki
  Nature Communications, 11 (2020) 5685.
• "Topological metastability supported by thermal fluctuation upon formation of chiral soliton lattice in CrNb₃S₆"
  T. Honda, Y. Yamasaki, H. Nakao, Y. Murakami, T. Ogura, Y. Kousaka & J. Akimitsu
  Sci. Rep., 10 (2020) 18596.
• "Multiplication Method for Fine-Tuning Regularization Parameter of a Sparse Modeling Technique Tentatively Optimized via Cross Validation"
  Yoshinori Nakanishi-Ohno and Yuichi Yamasaki
  J. Phys. Soc. Jpn., 89 (2020) 094804.
• "Augmented Magnetic Octupole in Kagomé 120-degree Antiferromagnets Detectable via X-ray Magnetic Circular Dichroism"
  Yuichi Yamasaki, Hironori Nakao, and Taka-hisa Arima
  J. Phys. Soc. Jpn., 89 (2020) 083703.
• "Metastable solitonic states in the strained itinerant helimagnet FeGe"
  Victor Ukleev, Yuichi Yamasaki, Oleg Utesov, Kiyou Shibata, Naoya Kanazawa, Nicolas Jaouen, Hironori Nakao, Yoshinori Tokura, and Taka-hisa Arima
  Phys. Rev. B, 102 (2020) 014416.
• "High-field depinned phase and planar Hall effect in the skyrmion host Gd₂PdSi₃"
  Max Hirschberger, Taro Nakajima, Markus Kriener, Takashi Kurumaji, Leonie Spitz, Shang Gao, Akiko Kikkawa, Yuichi Yamasaki, Hajime Sagayama, Hironori Nakao, Seiko Ohira-Kawamura, Yasujiro Taguchi, Taka-hisa Arima, and Yoshinori Tokura
  Phys. Rev. B, 101 (2020) 220401(R).
• "Observation of Chiral Magnetic Soliton Lattice State in CrNb₃S₆ by Coherent Soft X-ray Diffraction Imaging"
  Chihiro Tabata, Yuichi Yamasaki, Yuichi Yokoyama, Rina Takagi, Takashi Honda, Yusuke Kousaka, Jun Akimitsu and Hironori Nakao
  JPS Conf. Proc., 30 (2020) 011194.
• "High pressure synthesis of a quasi-one-dimensional GdFeO₃-type perovskite PrCuO₃ with nearly divalent Cu ions"
  Masaharu Ito, Hidefumi Takahashi, Hideaki Sakai, Hajime Sagayama, Yuichi Yamasaki, Yuichi Yokoyama, Hiroyuki Setoyama, Hiroki Wadati, Kanako Takahashi, Yoshihiro Kusano and Shintaro Ishiwata
  Chem. Comm., 55 (2019) 8931.