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光が音を生み出すことをご存知ですか？ 19 世紀後半、科学者アレクサンダー グラハム ベル (電話の発明者の一人と考えられている) は、光音響効果として知られる、材料が光エネルギーを吸収した後に音波を発生する現象を発見しました。   アレキサンダー・グラハム・ベル 画像出典：新浪テクノロジー   1960年代以降、微弱信号検出技術の発達により、高感度マイクや圧電セラミックマイクが登場しました。科学者たちは、光音響効果に基づいた新しい分光分析技術である光音響分光法を開発しました。これは、サンプルの物質とその分光学的熱特性の検出に使用でき、無機および有機化合物、半導体、金属、ポリマー材料の物理化学研究の強力なツールになります。 、など。     どうすれば光から音を生み出せるのでしょうか？下図に示すように、モノクロメーターで変調された光源、またはパルスレーザーなどのパルス光が光音響セルに入射します。光音響セル内の測定対象物質は光エネルギーを吸収しますが、その吸収率は入射光の波長や材質によって異なります。これは、異なる材料を構成する原子分子のエネルギー準位が異なるためであり、入射光の周波数νがエネルギー準位hνに近づくと、材料による光の吸収率が増加します。光を吸収した後、より高いエネルギーレベルにジャンプした原子分子は、より高いエネルギーレベルに留まりません。代わりに、エネルギーを放出してリラックスして最も低い基底状態に戻る傾向があり、放出されたエネルギーは多くの場合熱エネルギーとして現れ、材料が熱膨張して体積が変化します。たとえば、材料を光音響セルに詰め込むことによって材料の体積を制限すると、その膨張により圧力の変化が生じます。入射光の強度に周期的な変調を適用すると、材料の温度、体積、圧力も周期的に変化し、検出可能な機械波が生じます。この振動は、高感度マイクロフォンまたは圧電セラミックマイクロフォンによって検出でき、これを光音響信号と呼びます。   原理図     ロックインアンプはどのようにして光音響信号を測定するのでしょうか?   要約すると、光音響信号は、(原子または分子の緩和によって放出される) 非常に小さな熱から変換された、はるかに小さな圧力信号によって生成されます。このような極めて弱い信号の検出は、ロックインアンプなしでは必然的に実行できません。   光音響分光法では、マイクから収集した信�

反強磁性体とは何ですか?   図 1: 反強磁性体の磁気モーメントの配置   鉄の一般的な特性は、強磁性、強誘電性、および強弾性です。2 つ以上の鉄の性質を同時に持つ材料は、マルチフェロイック材料と呼ばれます。マルチフェロイックは通常、強い鉄結合特性を持っています。つまり、材料の 1 つの鉄の特性が、印加電場を使用して材料の強誘電特性を調整するなど、別の鉄の特性を調整し、材料の強磁性特性に影響を与える可能性があります。このようなマルチフェロイック材料は、次世代の電子スピンデバイスとして期待されています。中でも、反強磁性体は印加磁場に対して優れた耐性を示すため、広く研究されています。   反強磁性は、磁気モーメントが逆平行に千鳥状に配置され、巨視的な正味の磁気モーメントを示さない材料の磁気特性です。この磁気的に秩序立った状態は反強磁性と呼ばれます。反強磁性体の内部では、隣接する価電子のスピンが逆方向を向く傾向があり、磁場は発生しません。反強磁性材料は比較的まれで、酸化第一鉄、マンガン鉄合金、ニッケル合金、希土類合金、希土類ホウ化物など、そのほとんどは低温でのみ存在します。ただし、室温で反強磁性材料も存在します。現在研究が盛んに行われているBiFeO3。   反強磁性体の応用展望 反強磁性に関する知識は主に中性子散乱技術の発展によるもので、物質内のスピンの配置を「見る」ことができ、反強磁性の存在を確認できるようになりました。おそらく、ノーベル物理学賞が研究者らに反強磁性体に注目するきっかけを与え、反強磁性の価値が徐々に探求されるようになったのでしょう。   反強磁性材料はイオン化や磁場の干渉の影響を受けにくく、一般的な強磁性材料よりも数桁高い固有振動数と状態遷移周波数を持っています。半導体における反強磁性秩序は、強磁性秩序よりも容易に観察されます。これらの利点により、反強磁性材料はスピントロニクスにとって魅力的な材料となります。   新世代の磁気ランダム アクセス メモリは、強磁性体への情報の書き込みおよび読み取りに電気的方法を使用します。これにより、強磁性体の耐性が低下する可能性があり、安定したデータ保存には役立たないほか、強磁性体の浮遊磁界は高度に集積化されたメモリの重大な障害となる可能性があります。思い出。対照的に、反強磁性体は正味磁化がゼロであり、浮遊磁場を生成せず、外部磁場の影響を受けません。したがって、反強磁性体ベースのメモリは強磁性メモリの問題を完全に解決し、非常に魅力的な潜在的なメモリ材料になります。     図 2: 磁気ランダム アクセス メモリ (インターネットからの画像)   反強磁性ドメインの観察 反強磁性ドメインの研究は観察技術と切り離せません。磁区を観察する一般的な手段は磁気力顕微鏡 (MFM) です。MFM では、磁気針の先端を使用して、原子間力顕微鏡技術を使用してサンプル表面上の磁場力を記録します。X 線顕微鏡。X 線の吸収率がサンプルの磁場を反映するという原理に基づいています。もう 1 つは、光磁気カー効果を利用して磁化分布を測定する光磁気カー顕微鏡法 (Moke) です。各イメージング法の技術は完璧に開発されていますが、反強磁性体の磁性が弱いためにシングルスピン検出には感度が不十分であり、反強磁性体の磁区構造を観察することは困難です。   近年、ダイヤモンドの特殊な欠陥構造である窒素空孔（NV）中心が多くの研究者の注目を集めています。NV センター走査型プローブ顕微鏡は、ダイヤモンドの NV センターを AFM プローブの先端に統合し、AFM 走査技術を組み合わせてサンプル表面の磁区結果を取得します。これには、高感度 (1 T/ Hz1/2)、空間分解能 (10 nm)、および非侵襲性。解像度 (10 nm) と非侵襲性。   ビスマスフェライト BiFeO3 (BFO) は、弱い強磁性を伴う強誘電性と反強磁性を持つマルチフェロイック材料の一種に属しており、マルチフェロイック材料の研究において現在ホットスポットの 1 つです。高分解能中性子回折研究により、BFO が 64 nm の周期を持つ空間磁気構造を持っていることが明らかになりました。2017 年に、I. Gross らは Dr.らは、NV中心走査型プローブ顕微鏡を利用して、室温でBFO膜の反強磁性配列を観察し、その実験結果では、図3に示すように、周期約70nmのスピン振り子磁気構造が観察されました。   図 3: I. Gross らによって観察された BFO 周期磁気構造 NVセンター走査型プローブ顕微鏡を使用 (画像出典: I.Gross et al. シングルスピン磁力計による非共線的反強磁性秩序の実空間イメージング、Nature、2017、549:252)   図 4: F. Aurore らによる NV 中心走査型プローブ顕微鏡を使用した反強磁性構造とスキルミオンの観察 (画像出典: F. Aurore et al. シングルスピン緩和測定による非共線的反強磁性テクスチャーのイメージング、Nature communication、2012、12:767)   さらに、2021年にはF. Auroreら。図 4 に示すように、同様に NV 中心走査型プローブ顕微鏡を使用して、合成反強磁性体の磁壁やスキルミオンなどの磁気構造を観察しました。この実験の結果は、NV 中心走査型プローブ顕微鏡技術を他の反強磁性体にも拡張できることを示唆しています。 、磁気局所スピン波を研究する新たな機会を提供します。     図 5: CuMnAs 反強磁性ドメインの NV 中心走査型プローブ顕微鏡による研究 (画像出典: MS Wörnle et al. 反強磁性ドメインの電流誘起断片化 arXiv:2019, 1912.05287)   MS Wörnle は、NV 中心走査型プローブ顕微鏡を使用して、CuMnAs 反強磁性ドメインの構造構成に対する電流パルスの影響を研究し、大きな抵抗変化が書き込み電流パルスによって誘発される磁区のナノスケールの断片化に関連していることを示しました。磁区構造の電流誘起変化は、交差形状の CuMnAs マイクロデバイスの電流密度分布を画像化することによって、不均一であることがさらに実証されました。     図 6: 反強磁性 Cr2O3 の NV 中心走査型プローブ顕微鏡 (画像出典: WS Huxter et al. シングルスピン量子磁力計による走査グラジオメトリー、arXiv:2202.09130v1)   さらに、Cr2O3 は、室温で反強磁性である、初期に報告されたマルチフェロイック材料です。2022 年に、WS Huxter ら。NV中心走査型プローブ顕微鏡の勾配走査技術を使用して、Cr2O3表面の原子ステップ上のマイクロテスラのオーダーの静磁場分布の測定画像。 &nb...