Study of the in-plane magnetic structure of a layered system using polarized neutron scattering under grazing incidence geometry

斜入射偏極中性子散乱を用いた多層膜面内磁気構造に関する研究

丸山 龍治   ; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; 曽山 和彦  ; Courtois, P.*

Maruyama, Ryuji; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; Soyama, Kazuhiko; Courtois, P.*

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりもサイズの小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、磁化の過程における多層膜の面内磁気構造を斜入射偏極中性子散乱を用いて観察することにより、上記モデルが我々の対象とする系に適応可能であるかどうかに関する検証を行った。実験によって得られた散乱データは歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションにより解析され、面内方向で磁化の方向が揃った領域の大きさ(数百nm)が結晶粒サイズ(nm)よりもずっと大きいという上記モデルに従う結果が得られた。今後は、このモデルの適応範囲や異なる系に対する適応可能性等について研究を進め、多層膜の磁気特性を支配するメカニズムに関する理解を深めることが重要である。

The in-plane magnetic structure of a layered system with a polycrystalline grain size less than the ferromagnetic exchange length was investigated using polarized neutron off-specular scattering and grazing incidence small angle scattering measurements to gain insight into the mechanism that controls the magnetic properties which are different from the bulk. These complementary measurements with different length scales and the data analysis based on the distorted wave Born approximation revealed the lateral correlation on a length scale of sub-m due to the fluctuating orientation of the magnetization in the layer. The in-plane magnetic structure indicated by these measurements is consistent with the random anisotropy model, i.e. competition between the exchange interactions between neighboring spins and the local magnetocrystalline anisotropy.