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共同発表：「磁気スキルミオン」の磁場をリアルタイムで可視化
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ポイント
走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）法、と独自開発の分割型検出器により電子線が磁場によって曲げられる効果を高精度に計測し、
磁気スキルミオンの内部磁場をナノスケールでリアルタイムに可視化することに成功した。
本研究手法により、磁気スキルミオン結晶の界面領域に大きさや形状の異なるスキルミオンが形成されることが初めて明らかとなった。
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、次世代省エネ記録デバイスへの応用が期待される。
東京大学 大学院工学系研究科 附属総合研究機構の柴田 直哉 准教授、松元 隆夫 特任研究員らの研究グループは、
走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）注１）法と独自開発の分割型検出器注２）を用いることにより、磁気スキルミオン注３）内部の磁場をリアルタイムで可視化することに初めて成功しました。
これにより、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ます。
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ます。
磁気スキルミオンは特定の条件下でその配列が規則的になり、あたかも結晶のような周期構造を形成します（磁気スキルミオン結晶）。
しかし、実際の磁気スキルミオン結晶には原子の結晶と同じようにその周期性が乱れる界面や欠陥が存在することが知られており、
その挙動を理解することが工学応用するためには重要であると考えられています。
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く、新しい手法開発が待望されていました。
本研究グループは、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ました。
通常、この方法では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ります。
そのため、これまでの磁気スキルミオン観察には用いられることはありませんでした。
今回研究グループは、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ました。
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ました。
この手法を用いて、磁気スキルミオン結晶同士の界面であるドメイン境界注４）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初めて見いだしました。
本結果は、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です。
また、本観察手法は、磁石材料、スピンデバイス、磁気メモリなどの磁性材料全般に応用可能であり、それら開発や性能向上に大きく貢献することが期待されます。
本研究成果は、２０１６年２月１２日（米国時間）に米国科学誌「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」オンライン版で公開されます。
（以下略）