透磁率の複素イメージング：磁性ナノ粒子内部の磁気共鳴動力学へのアクセス

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本研究は、探針へのマイクロ波の導波が可能な磁気力顕微鏡を用いて、導電性磁性探針と磁性体試料の間に働く磁気力と試料の磁気共鳴に由来する電気的な反射信号を同時にマッピングする新しい磁気イメージング手法を開発することを目的とする。本年度は、前年度に遂行した探針励振系とマイクロ波導波系を現有の顕微鏡に組込み、マイクロ波導波型・磁気力顕微鏡を組み上げた。具体的な実施項目は以下の通りである。(1)マイクロ波パワーの調整　本手法では磁気力を電気的に検出するためにマイクロ波を導波した磁性探針と磁性体試料の間に磁気力を作用させた状態でネットワークアナライザを用いて反射係数（Sパラ）を計測する。研究開始前のシリコン製カンチレバー（長さ数100μm）を用いた予備実験では、Sパラ計測用のマイクロ波の熱によって大きな共振ドリフトが発生したが、この対応として昨年度から水晶振動子の適用を開始した。水晶振動子はSiカンチレバーと比べて大きく（長さ約6㎜）、バネ定数も数100倍高いため、熱による位置ドリフトや共振シフトの影響が小さい。実際に、磁気力とSパラ計測の感度を上げるためにマイクロ波のパワーを目一杯上げても、これらは十分に小さいことを確認した。(2)マイクロ波動波型・磁気力顕微鏡の組み上げ　市販の大気中原子間力顕微鏡に、水晶振動子の両音叉を励振させる加振機構とマイクロ波導波機構を併せ持つ水晶振動子ホルダーと、光てこ法をベースにした自作の変位検出系を組込み、マイクロ波動波型・磁気力顕微鏡を組み上げた。レーザー照射系と変位検出を設置するステージを大元の径14cmから40㎝×40cmへと大幅に大型化し、外場印加や種々の大きさの試料の観察に対応させた。一方で除振台に載せる質量が増加するので振動特性は劣化するが、新たにバネによる減衰機構を加え、水平・垂直方向共に大元の状態と遜色のない振動伝達特性を実現した。