Demonstration of magnetic field imaging in a permalloy film with neutron spin phase contrast imaging

中性子スピンフェーズコントラストイメージングによるパーマロイ薄膜内の磁場可視化の実証

林田 洋寿; 山崎 大  ; 海老沢 徹*; 丸山 龍治   ; 曽山 和彦  ; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 松林 政仁  

Hayashida, Hirotoshi; Yamazaki, Dai; Ebisawa, Toru*; Maruyama, Ryuji; Soyama, Kazuhiko; Tasaki, Seiji*; Hino, Masahiro*; Matsubayashi, Masahito

中性子スピン干渉計では、入射中性子がスピンアップ及びスピンダウンの2つの固有状態に分波される。分波された状態で磁場中を通過すると2固有状態間に位相差が生じ、これはスピン干渉計の干渉縞の位相として観測される。2固有状態間の位相差は中性子が通過する領域の磁場積分値に比例し、これに応じて干渉縞の位相シフトが観測される。この性質及びスピン干渉計に2次元検出器を導入することで磁場の可視化が可能となる。そこでわれわれは厚さ0.1mmのパーマロイ薄膜を試料として、応力有り無しでのパーマロイ薄膜内における磁場変化の可視化を試みた。実験は日本原子力研究開発機構、3号炉内のC3-1-2-2, MINE2ポートで行われた。実験では薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ角度45, 180、及び折り曲げ無しの3種類の試料を準備した。実験の結果、折り曲げた領域において、折り曲げ角度が大きくなるにつれ、飽和磁化の減衰及び漏れ磁場の増加を可視化することに成功した。

In a neutron spin interferometer (NSI), incident neutrons are in states of up- and down-spin eigenstates and a phase difference between the eigenstates is observed after transmission through a magnetic sample. Since the phase difference is proportional to an integral of magnetic field along a trajectory of neutrons, NSI imaging provides projection images of a distribution of magnetic field in the sample. We tried to visualize magnetic field in permalloy film with and without stress as a demonstration of the NSI imaging. An experiment was carried out at C3-1-2-2, MINE2 port at the neutron guide hall of JRR-3M with wavelength of 0.88nm and wavelength resolution of 0.3% in FWHM. Permalloy film with thickness of 0.1 mm was used as a sample and was stressed by bending with angles of 45 and 180 . As a result, images of decrease of a saturated magnetization and an increase of leak magnetic field with increasing the bending angle were obtained.