3D tracking system for micro magnetization vector realized by inverse problem algorithm

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走査型SQUID顕微鏡は、SQUID素子に接続された検出コイルを試料表面上で走査し、磁束密度分布を高感度で測定できるプローブ顕微鏡の一種である。従来の装置では磁束密度Z方向成分の２次元分布測定に限定されていた。本研究では互いに垂直方向な３個の検出コイルを装備したSQUID素子を独自に設計・製作することで、磁束密度ベクトルX,Y,Z方向３成分の３次元分布を決定できる走査型３次元SQUID顕微鏡を立ち上げる。従来の装置では測定に大量の液体ヘリウムを消費し測定時間も限られていたが、本研究では制振対策を施したGM冷凍機を用いて長期間にわたり連続計測ができるシステムを目指している。今回、GM冷凍機を用いたクライオスタットの立ち上げ冷却試験を行い、素子および試料温度を3 K程度で維持し長時間測定ができることを確認した。クライオスタットは試料交換が容易になるようGM冷凍機を倒立させた設計にしている。独自に設計・製作して用意した２つの素子、すなわちXYZピックアップコイルがそれぞれ１巻コイルで構成されている素子とそれぞれが２巻コイルで構成されている素子について、クライオスタットに装着してI-VおよびV-Φ特性を測定し素子の動作確認を行った。さらに１巻コイルおよび２巻コイルそれぞれの素子を使用し、Nb薄膜を試料として磁束分布の測定を試みることにより、渦糸磁束を観測することができた。一方、測定データから高解像度の磁場発生源画像を得るために、数値計算による逆問題解析処理を行うための計算プログラム開発も行っている。走査型SQUID顕微鏡の画像データからピックアップコイルの形状因子の効果を除いた磁場像を求めることは高解像度化における重要な問題である。3 次元ベクトル測定を目指す３個のピックコイルによる測定に対応できるように、従来の逆変換プログラムを改良しより効率的なアルゴリズムの開発を試みた。