量子センサを用いたメゾスコピック磁性の研究

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本研究課題は、メゾスコピック領域の現象である磁区や磁気渦に対して、ダイヤモンド量子センサによる局所磁場の精密観測を通じて、量子効果や多体効果とその空間的揺らぎを定量的に議論し、その構造を明らかにすることである。本計画の第一目標である磁気光学カー効果との同時測定技術の開発は、前年度後半から着手し始めた。その際に、光学収差による影響を大きく受けることが判明した。このため、本年度前半においては光学収差の影響を理論と実験の双方において評価し、その影響を抑制した測定系の構築を行った。この結果については、学会発表を行ったうえで、論文を執筆中である。おなじく第一目標の、機械学習による測定確度向上については、ナノダイヤモンドにおける測定に適用した。従来手法と比較して最大で50倍の確度の向上を達成し、物性測定に実用できることを明らかにした。また、異なる磁場間でのスペクトルの類似度の評価により、ナノダイヤモンド量子センサの適用限界も判明した。本成果は学会発表の上、筆頭著者として論文を出版し、プレスリリースを発行した。本年度後半には、磁気光学カー効果との同時測定技術の開発に成功した。同測定系を用いて、強磁性体の磁壁クリープ中の磁場分布の様子を動画的に取得することに成功した。本結果は学会発表を行い、現在は論文執筆に向けての解析を行っている。また、第二目標の1つである、低磁場での測定確度向上についての実験も行った。測定確度を悪化させる要素と悪化させない要素の違いを明らかにした。本結果は学会発表のうえ、論文を投稿中である。さらに、二次元物質h-BN中の量子センサについての研究も開始した。ダイヤモンド中の量子センサと比べた利点はいくつか存在するが、センサの生成位置制御とその把握における利点をさらに強化できる使用法について提案して実験した。本成果は論文として投稿中である。