(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法に関し、磁区等の磁気特性観察を通してスピンペルチェ効果の微視的なメカニズムを解明したり界面敏感な磁気特性を計測する方法を提供する。【解決手段】磁性体にスピン流注入部材４を接合した試料１のスピン流注入部材に対してその平面方向に電圧を印加して、スピン流或いはスピン波スピン流を磁性体３に注入し、注入されたスピン流或いはスピン波スピン流と磁性体に形成された磁区の磁気モーメントとの反応による発熱−吸熱反応による温度変化を赤外線画像として撮像し、撮像した赤外線画像から磁性体の磁気特性を解析する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体にスピン流注入部材を接合した試料を載置する試料載置部材と、
前記スピン流注入部材に対してその平面方向に電圧を印加する電圧印加部材と、
前記試料の温度を赤外線画像として撮像する赤外線撮像部材と、
前記赤外線画像から磁性体の磁気特性を解析する解析部材と
を備えた磁気特性観察装置。
【請求項２】
前記スピン流注入部材に印加する電圧が、矩形波形状の交流電圧である請求項１に記載の磁気特性観察装置。
【請求項３】
前記赤外線画像を、前記交流電圧の周期にロックインして撮像するように前記赤外線撮像部材を制御するロックイン制御部材をさらに有している請求項２に記載の磁気特性観察装置。
【請求項４】
前記赤外線画像が二次元マトリクス状に配置された画素からなり、
前記解析部材が、前記画素単位で赤外線像をフーリエ変換してフーリエ画像を構成する請求項３に記載の磁気特性観察装置。
【請求項５】
前記磁性体に外部磁場を印加する外部磁場印加部材をさらに有する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気特性観察装置。
【請求項６】
磁性体にスピン流注入部材を接合した試料のスピン流注入部材に対してその平面方向に電圧を印加して、スピン流或いはスピン波スピン流を前記磁性体に注入し、
前記注入されたスピン流或いはスピン波スピン流と前記磁性体に形成された磁区の磁気モーメントとの反応による発熱−吸熱反応による温度変化を赤外線画像として撮像し、
前記撮像した赤外線画像から磁性体の磁気特性を解析する磁気特性観察方法。
【請求項７】
前記スピン流注入部材に印加する電圧として、矩形波形状の交流電圧を印加する請求項６に記載の磁気特性観察方法。
【請求項８】
前記交流電圧の周期が、０．１Ｈｚ乃至１０００Ｈｚである請求項７に記載の磁気特性観察方法。
【請求項９】
前記赤外線画像を、前記交流電圧の周期にロックインして撮像する請求項７または請求項８に記載の磁気特性観察方法。
【請求項１０】
前記赤外線画像を二次元マトリクス状に配置された画素からなる赤外線画像として撮像し、
前記撮像した赤外線画像を前記画素単位でフーリエ変換してフーリエ画像を構成する請求項９に記載の磁気特性観察方法。
【請求項１１】
前記磁性体に、前記磁性体の磁区方向が完全に整列しない程度の外部磁場を印加した状態で前記赤外線画像を撮像する請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の磁気特性観察方法。
【請求項１２】
前記磁性体が、強磁性体、フェリ磁性体或いは反強磁性体のいずれかである請求項６乃至請求項１１のいずれか１項に記載の磁気特性観察方法。
【請求項１３】
前記フェリ磁性体が、Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（但し、０≦ｘ＜５）或いは置換型希土類鉄ガーネットのいずれかである請求項１２に記載の磁気特性観察方法。
【請求項１４】
前記スピン流注入部材が、ＰｔまたはＷである請求項６乃至請求項１３のいずれか１項に記載の磁気特性観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法に関するものであり、例えば、磁性体に発現する磁区の状態や、表面・界面敏感な磁気測定をスピンペルチェ効果の利用によって可能にする磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料は様々な製品・研究に用いられており、磁性材料の持つ磁気特性を調べるため一つの手段として磁区観察装置が実用化されている。例えば、磁気記録媒体、磁気ヘッド或いはスピントロニクスデバイスは磁性材料からなり、磁性材料に磁区が形成されている。この磁区における磁化方向は外部磁場を印加しない状態では磁区毎に異なった方向を向いている。
【０００３】
近年、微細加工技術の発展とともに、デバイスにおける磁性体膜のサイズは、ミクロンオーダからサブミクロンオーダのサイズになっており、これらの微小サイズの磁性体膜における磁区構造を評価するための各種の磁区観察装置が実用化されている。
【０００４】
このような磁区観察装置としては、スピン偏極電子顕微鏡或いはスピン偏極トンネル顕微鏡等の電子顕微鏡、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）或いはカー顕微鏡等が挙げられる。この内、電子顕微鏡やＭＦＭを用いた磁区観察方法の場合には、ナノオーダーの分解能を有するものの、試料表面をスキャンする必要があり、視野が狭く且つ時間がかかるという問題がある。
【０００５】
一方、カー顕微鏡は、強磁性体に光を入射すると、強磁性体の磁区の磁化方向に応じて、偏光面が回転する磁気光学カー効果を動作原理にしているものである。このカー顕微鏡は、試料に光を照射することにより、磁区構造の変化をリアルタイムで撮像することができるという特長がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３００７０号公報
【特許文献２】国際公開公報  ＷＯ２００９／１５１０００
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊ．Ｆｌｉｐｓｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．１１３，ｐ．０２７６０１（２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、カー顕微鏡を用いた磁区観察装置は、磁気光学効果が小さな磁性材料に適用することが困難であるという問題があるとともに、表面・界面敏感な磁気測定が困難であるという問題もある。
【０００９】
一方、近年、従来のエレクトロニクスに代わる情報処理技術としてスピントロニクスが注目を集めている。エレクトロニクスでは、電子のもつ電荷によってビットを表現し、電流によって情報を伝達している。これに対して磁性材料を用いたスピントロニクスでは、電子の持つスピンによってビットを表現し、スピン流によって情報を伝達している。スピントロニクスはエレクトロニクスに比較して消費電力が少ない情報処理が実現できると期待されており、すでに記憶素子での実用化がなされている。
【００１０】
この様な背景の中、本発明者等は、磁性体とスピン流−電流変換部材との接合を利用したスピンゼーベック効果素子を提案している（例えば、特許文献１参照）。このスピンゼーベック効果は、磁性材料として磁性絶縁体を用いた場合にも生じる現象であり、この場合には、スピン流の代わりに、スピン波スピン流が磁性絶縁体中を波として伝搬する（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
また、スピン流−熱流変換の相反性から、スピンゼーベック効果には逆効果も存在する。このような逆効果は、スピンペルチェ効果と呼ばれ、磁性体とスピン軌道相互作用を有しスピン流注入部材となる導電体との接合界面に流れるスピン流によって誘起される熱流発生現象である。このスピンペルチェ効果は、スピンゼーベック効果と同様に磁性絶縁体においても発現する現象であり、微細薄膜熱電対を用いた測定によって２０１４年に初めて実験的に観測された（例えば、非特許文献１参照）。
【００１２】
図１５は、スピンペルチェ効果の説明図である。磁性体４１とスピン流注入部材４２の二層構造からなる試料のスピン流注入部材４２に電流を流すと、スピン流注入部材４２と磁性体４１との界面におけるスピンホール効果（スピン流-電流変換現象）によって電流が面直方向に流れるスピン流Ｊｓへと変換される。このスピン流Ｊｓは、スピン流注入部材４２と磁性体４１との界面の相互作用を介して、磁性体４１中に注入される。
【００１３】
磁性体４１にスピン流Ｊｓが注入されると、磁性体４１内の磁化４３の運動が注入されるスピンの向きに応じて増強または抑制される。この磁化４３の運動の変化は磁化４３の温度と直接的に関係しており、注入されるスピンの向きと磁化４３が同じ向きであれば発熱し、逆向きであれば冷却が起こる。したがって、試料に外部磁場Ｈｅｘｔを印加すると、磁性体４１内の磁化４３の向きが外部磁場Ｈｅｘｔの方向に整列するので、外部磁場Ｈｅｘｔの向きにより吸熱反応或いは発熱反応が発現する。しかし、スピンペルチェ効果の微視的なメカニズムは報告されていない。
【００１４】
本発明者は、鋭意研究の結果、このような、スピンペルチェ効果を利用することにより、微小構造の磁化の向き、即ち、磁区構造を知ることができることに想い至った。また、カー顕微鏡では困難であった磁区光学効果が小さな磁性体材料の磁区の観察が可能であることに想い至った。さらに、スピンペルチェ効果は、磁性体とスピン注入部材となる導電体の接合界面で発現する現象であるので、カー顕微鏡とは異なり表面・界面で発現する新しい磁気構造の発見にも適用可能であるとの結論に至った。
【００１５】
したがって、本発明は、磁区等の磁気特性観察を通してスピンペルチェ効果の微視的なメカニズムを解明することや界面敏感な磁気特性を計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一つの態様では、磁気特性観察装置は、磁性体にスピン流注入部材を接合した試料を載置する試料載置部材と、前記スピン流注入部材に対してその平面方向に電圧を印加する電圧印加部材と、前記試料の温度を赤外線画像として撮像する赤外線撮像部材と、前記赤外線画像から磁性体の磁区状態を解析する解析部材とを備えている。
【００１７】
他の態様では、磁気特性観察方法は、磁性体にスピン流注入部材を接合した試料のスピン流注入部材に対してその平面方向に電圧を印加して、スピン流或いはスピン波スピン流を前記磁性体に注入し、前記注入されたスピン流或いはスピン波スピン流と前記磁性体に形成された磁区の磁気モーメントとの反応による発熱−吸熱反応による温度変化を赤外線画像として撮像し、前記撮像した赤外線画像から磁性体の磁気特性を解析する。
【発明の効果】
【００１８】
一つの側面として、磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法において、磁区等の磁気特性観察を通してスピンペルチェ効果の微視的なメカニズムを解明することや界面敏感な磁気特性を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の磁気特性観察装置の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施例１の磁気特性観察装置の概略的構成図である。
【図３】確認試験の状況の説明図である。
【図４】画像解析結果の説明図である。
【図５】外部磁場Ｈｅｘｔを右向きに印加した場合の磁場強度依存性を示すパターン図である。
【図６】外部磁場Ｈｅｘｔを左向きに印加した場合の磁場強度依存性を示すパターン図である。
【図７】温度変化及び位相の外部磁場強度依存性の説明図である。
【図８】スピンペルチェ効果の印加電圧依存性を示すパターン図である。
【図９】温度変化及び位相の印加電圧依存性の説明図である。
【図１０】本発明の実施例１の磁気特性観察方法のイメージ図である。
【図１１】実際に取得した解析画像である。
【図１２】本発明の実施例２の磁気特性観察装置の概略的構成図である。
【図１３】本発明の実施例２におけるスピンペルチェ効果による温度変化の印加電圧依存性の説明図である。
【図１４】比較のために示したＰｔを用いた場合の温度変化の印加電圧依存性の説明図である。
【図１５】スピンペルチェ効果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法を説明する。本発明者らは、鋭意研究の結果、スピンゼーベック効果の逆効果であるスピンペルチェ効果を用いることによって、磁区等の磁気特性観察を通してスピンペルチェ効果の微視的なメカニズムを解明することや界面敏感な磁気特性を計測することが可能であることを見出した。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態の磁気特性観察装置の概念的構成図である。本発明の実施の形態の磁気特性観察装置は、磁性体３にスピン流注入部材４を接合した試料１を載置する試料載置部材６と、スピン流注入部材４に対してその平面方向に電圧を印加する電圧印加部材６と、試料１の温度を赤外線画像として撮像する赤外線撮像部材７と、赤外線画像から磁性体３の磁気特性を解析する解析部材８とを備えている。
【００２２】
スピン流注入部材４に印加する電圧は、矩形波形状の交流電圧であることが望ましい。このように、矩形波形状の交流電圧を印加することによって、ジュール熱による発熱効果は一定であるとともに、交流電圧の極性の交代によって吸熱−発熱現象が交代するので、ジュール熱の影響を受けずにスピンペルチェ効果により磁区構造等の磁気特性を詳細に観察することができる。
【００２３】
赤外線画像を撮像する際には、交流電圧の極性の交代によって吸熱−発熱現象が交代するので、交流電圧の周期にロックインして撮像することが望ましく、そのためには、赤外線撮像部材７を制御するロックイン制御部材を有していることが望ましい。
【００２４】
赤外線撮像部材７としては、冷却式半導体センサーや非冷却式マイクロボロメーターセンサーを備えた赤外線カメラ等を用いれば良く、赤外線画像は、典型的には二次元マトリクス状に配置された画素（ピクセル）からなり、例えば、１００画素×１００画素〜１０００画素×１０００画素が望ましい。この赤外線撮像部材７により、例えば、磁性体３を０．５ｍｍ×０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ×１０．０ｍｍの範囲で撮像する。
【００２５】
また、解析部材８により画素単位で赤外線像をフーリエ変換してフーリエ画像を構成することが望ましい。この場合、撮像した画像を画素単位で積算したのちフーリエ変換しても良いし、予めロックイン測定により画素単位でフーリエ変換してから積算しても良い。
【００２６】
また、磁性体３に外部磁場を印加する外部磁場印加部材をさらに設けることが望ましい。このように、外部磁場印加手段を設けることによって、外部磁場の強度を変化させることによって、磁区の変化の様子を逐次観察することができる。
【００２７】
このような磁気特性観察装置を用いて磁区構造等の磁気特性を観察するためには、磁性体３にスピン流注入部材４を接合した試料１のスピン流注入部材４に対してその平面方向に電圧を印加して、スピン流或いはスピン波スピン流を磁性体３に注入する。注入されたスピン流或いはスピン波スピン流と磁性体３に形成された磁区の磁気モーメントとの反応による発熱−吸熱反応による温度変化を赤外線画像７として撮像する。最後に、撮像した赤外線画像から磁性体３の磁区構造等の磁気特性を解析装置８により解析すれば良い。
【００２８】
この場合のスピン流注入部材４に印加する電圧としては、矩形波形状の交流電圧が望ましく、例えば、交流電圧の周期としては、０．１Ｈｚ乃至１０００Ｈｚであることが望ましい。周波数が速いほどスピンペルチェ効果と熱ノイズが良好に分離され、この上限値は使用する赤外線カメラのフレームレートとデータの通信速度に依存して決まる。また、原理的には下限値は存在しないが、ここでは、目安として０．１Ｈｚとした。
【００２９】
赤外線画像は、交流電圧の周期にロックインして撮像することが望ましく、赤外線画像は、典型的には、二次元マトリクス状に配置された画素からなる赤外線画像として撮像し、撮像した赤外線画像を画素単位でフーリエ変換してフーリエ画像を構成する。
【００３０】
また、磁性体３に、磁性体３の磁区方向が完全に整列しない程度の外部磁場を印加した状態で赤外線画像を撮像しても良く、外部磁場の強度を変化させることによって、磁区の磁気モーメントの変化の様子を逐次観察することができる。
【００３１】
磁性体としては、強磁性体、フェリ磁性体或いは反強磁性体のいずれでも良く、特に、
Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（但し、０≦ｘ＜５）或いは置換型希土類鉄ガーネット（Ｘ１−ｘＧｄｘ）３Ｆｅ５Ｏ１２（Ｘは任意の希土類元素、希土類元素の組み合わせ、及び、希土類の一部を他の元素で置換したもの）のいずれかのフェリ磁性体を用いることが望ましい。なお、Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２或いは（Ｘ１−ｘＧｄｘ）３Ｆｅ５Ｏ１２を用いる場合には、成長基板２として、ＧＧＧ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）単結晶基板を用いる。
【００３２】
スピン流注入部材４としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｂｉ、或いは、ｆ軌道を有する元素のいずれかを含んだ物質を用いることが望ましく、特にＰｔが望ましい。これらの元素を含んだ物質はスピン軌道相互作用が大きいので、磁性体３との界面において、電流からスピン流或いはスピン波スピン流への交換を高効率で行うことができる。或いは、スピン流注入部材として、スピン軌道相互作用の符号がＰｔとは反対のＷを用いても良く、吸熱−発熱反応がＰｔの場合とは逆になる。また、Ｐｔ／Ｃｕ／ＹＩＧの三層構造のように、スピン流注入部材は、上記物質と、スピン流を伝搬する金属や磁性絶縁体からなる多層構造でも良い。
【００３３】
本発明の実施の形態によれば、磁区等の磁気特性観察を通してスピンペルチェ効果の微視的なメカニズムを解明することや界面敏感な磁気特性を計測することが可能になる。
【実施例１】
【００３４】
次に、図２乃至図１１を参照して、本発明の実施例１の磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法を説明する。図２は本発明の実施例１の磁気特性観察装置の概略的構成図である。ＧＧＧ単結晶基板１１上にフェリ磁性体であるＹＩＧ（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）１２を１１２μｍの厚さに成長させ、このＹＩＧ１２上にスピン流注入部材である厚さが５ｎｍのＰｔ１３を接合したものを試料１０とする。Ｐｔ１３に電源１４により電圧を印加してＰｔ１３に電流を流し、ＹＩＧ１２との接合界面で電流をスピン波スピン流に変換する。このスピン波スピン流の注入による吸熱−発熱現象を赤外線カメラ１５で撮像することにより、ＹＩＧ１２に形成された各磁区を観察することができる。ここでは、６４０画素×５１２画素の赤外線カメラ１５により、ＹＩＧ１２をＰｔ１３を介して１．９ｍｍ×１．６ｍｍの範囲で撮像する。なお、赤外線ＣＣＤ１５の制御、電源１４の制御及び撮像画像の解析はＰＣ１６で行う。
【００３５】
ここで、図３乃至図７を参照してスピンペルチェ効果の確認実験を説明する。図３は、確認試験の状況の説明図であり、図３（ａ）は実験時の試料の状況図であり、図３（ｂ）は印加電圧の説明図である。図３（ａ）に示すように、試料１０としては、ＹＩＧ１２にΠ字状のＰｔ１３を設け、電流を右下端から左下端に向かうように流すとともに、外部磁場Ｈｅｘｔを図において水平方向に印加した場合を示している。また、図３（ｂ）に示すように、周波数が１０Ｈｚの矩形波の交流電圧を印加する。
【００３６】
この時、印加電圧の周波数にロックインして撮像を行うことにより、特定の周波数成分のみを取り出すことができる。これにより、矩形波の交流電圧によって生じるジュール発熱は全ての時刻において一定で時間変化していないので、ジュール熱の寄与を完全に取り除くことができる。この時、一周期測定するたびにロックイン計測を行っている。
【００３７】
図４は、画像解析結果の説明図であり、フーリエ変換した画像を解析したものを示しており、図４（ａ）は赤外線強度を示す振幅像（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）であり、図４（ｂ）はスピンペルチェ効果による吸熱−発熱を示す位相像（Ｐｈａｓｅ）であり、図４（ｃ）は、明確化のために図４（ｂ）の位相像を模写したものである。図４（ａ）は、電流と同周期で振動する成分のみを取り出してノイズやジュール熱等を分離した純粋なスピンペルチェ効果による温度変化を示した図であり、スピンペルチェ効果によって吸熱もしくは発熱が生じているＰｔパターン上が強く光っている。
【００３８】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、スピンペルチェ効果による吸熱−発熱を示しており、電流に対して時間遅れ無く生じる発熱が位相φで現れたとすると、吸熱は位相反転したφ＋１８０°で現れる。図４（ｂ）及び図４（ｃ）の場合には、電流を右下端から左下端に向かうように流した場合を示しており、Ｐｔパターンの左側で発熱が生じ、Ｐｔパターンの右側で吸熱が生じている。
【００３９】
図５乃至図７は、スピンペルチェ効果の外部磁場強度依存性を説明する。図５は外部磁場Ｈｅｘｔを右向きに印加した場合の磁場強度依存性を示すパターン図であり、＋１．０ｍＴの場合には、各磁区が同じ方向に磁化されていないので、吸熱−発熱が入り混じったまだら模様を示している。一方、＋４．９ｍＴ以上になると、各磁区が同じ方向に整列するので、一様に吸熱もしくは発熱する。図６は外部磁場Ｈｅｘｔを右向きに印加した場合の磁場強度依存性を示すパターン図であり、−１．８ｍＴの場合には、各磁区が同じ方向に磁化されていないので、吸熱−発熱が入り混じったまだら模様を示している。一方、‐５．１ｍＴ以上になると、各磁区が同じ方向に整列するので、一様に吸熱もしくは発熱する。なお、右側の位相像はカラー写真であるため不鮮明であるが、実際には図４（ｃ）に示した模写図と同様になっている。
【００４０】
図７は温度変化及び位相の外部磁場強度依存性の説明図である。図７（ａ）に示すように、吸熱或いは発熱による温度変化ΔＴは、外部磁場強度が０近傍以外では、外部磁場強度には殆ど依存しないことが分かる。また、図７（ｂ）に示すように、フーリエ変換した場合の吸熱と発熱の位相のズレは、磁性体の磁化過程に対応して変化し、磁化が飽和した領域では外部磁場強度には殆ど依存しないで１８０°のズレとして現れる。なお、図における位相の絶対値は、試験装置の信号伝送等にかかる遅延時間を表しており、この値自体には意味はない。
【００４１】
図８及び図９を参照して、スピンペルチェ効果の印加電圧依存性を説明する。ここでは図３（ｂ）に示した矩形波状の交流電圧の振幅を０Ｖ〜１０Ｖ（±１０ｖ）に変化させた場合を示している。図８は、スピンペルチェ効果の印加電圧依存性を示すパターン図であり、印加電圧が大きくなるにつれて電流が増大するので、スピン波スピン流も増大して、吸熱−発熱パターンが徐々に鮮明になっていく。
【００４２】
図９は温度変化及び位相の印加電圧依存性の説明図であるが、ここでは、電流依存性として説明する。図９（ａ）に示すように、吸熱或いは発熱による温度変化ΔＴは、電流に比例して増加する。また、図９（ｂ）に示すように、フーリエ変換した場合の吸熱と発熱の位相のズレは、電流に依存せずに１８０°のズレとして現れる。
【００４３】
以上を前提として、実際の磁気特性観察方法を説明する。磁区を観察する場合には、外部磁場を印加しない状態で、矩形波状の交流電圧を印加して赤外線画像を撮像する。図１０は本発明の実施例１の磁気特性観察方法のイメージ図である。まず、図１０（ａ）に示すように、矩形波状の交流電圧を印加して交流電圧の周期にロックインして赤外線画像を撮像する。
【００４４】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、撮像した赤外線を画素単位でフーリエ変換し、フーリエ変換して得られたデータを積算し、交流電圧の周波数と同じ周波数の成分のみを取り出して解析画像とする。図１０（ｃ）は解析画像のイメージ図であり、上図は温度変化の振幅像を示し、下図は、温度変化の位相像を示している。
【００４５】
図１１は、実際に取得した解析画像であり、図１１（ａ）は振幅像であり、図１１（ｂ）は、位相像である。ここでは、外部磁場を印加しない状態の解析画像を示しており、図１１（ｂ）に示すまだら模様の位相像を解析することによって、磁区の状態（サイズや磁化方向）を知ることができる。なお、各磁区の磁化方向が完全に揃わない程度の外部磁場を徐々に上げながらロックイン撮像することによって、磁区の状態の変化の磁場依存性を観察することが可能になる。
【００４６】
このように、本発明の実施例１においては、スピンペルチェ効果を利用して磁区を観察しているので、試料表面をスキャンすることなく、界面近傍の磁区の状態を一度の撮像で取得できる。また、スピンペルチェ効果は磁気光学効果の小さな磁性材料でも生じる現象であるので、カー顕微鏡では困難であった、磁気光学効果の小さな磁性材料の磁気的性質の測定も可能になる。なお、実施例１においては、外部磁場印加による吸熱−発熱反応を確認するためにスピン流注入部材の形状をΠ型にしているが、実際の磁気特性観察の場合にはスピン流注入部材の形状は任意であり、ストライプ状でも良いし、磁性体の全面にスピン注入部材を接合しても良い。
【実施例２】
【００４７】
次に、図１２乃至図１４を参照して、本発明の実施例２の磁気特性観察装置及び磁気特性観察方法を説明するが、スピン流注入部材としてＰｔの代わりにＷを用いた以外は、上記の実施例１と同じである。図１１は本発明の実施例２の磁気特性観察装置の概略的構成図である。ＧＧＧ単結晶基板２１上にフェリ磁性体であるＹＩＧ２２を１１２μｍの厚さに成長させ、このＹＩＧ２２上にスピン流注入部材であるＷ２３を接合したものを試料２０とする。Ｗ２３に電源２４により電圧を印加してＷ２３に電流を流し、ＹＩＧ２２との接合界面で電流をスピン波スピン流に変換する。このスピン波スピン流の注入による吸熱−発熱現象を赤外線カメラ２５で撮像することによりＹＩＧ２に形成された各磁区を観察することができる。ここでは、６４０画素×５１２画素の赤外線カメラ２５により、ＹＩＧ１２をＷ２３を介して１．９ｍｍ×１．６ｍｍの範囲で撮像する。なお、赤外線カメラ２５の制御、電源２４の制御及び撮像画像の解析はＰＣ２６で行う。
【００４８】
図１３は、本発明の実施例２におけるスピンペルチェ効果による温度変化の印加電圧依存性の説明図であり、図１３（ａ）はスピンペルチェ効果による吸熱−発熱パターン図であり、Ｐｔを用いた場合と同様のパターンが得られる。図１３（ｂ）は、スピンペルチェ効果による温度変化の印加電圧依存性を電流方向と外部磁場方向を拡張して示した図であり、印加電圧が大きくなるにつれて電流が増大するので、スピン波スピン流も電流に比例して増大している。また、電流の向き及び外部磁場の向きによって吸熱−発熱が反転する。
【００４９】
図１４は、比較のために示したＰｔを用いた場合の温度変化の印加電圧依存性の説明図であるが、図９（ａ）に示したものを電流方向と外部磁場方向を拡張したものである。図１３との比較では、磁場印加方向に対する依存性が図１３に示したＷを用いた場合と反対になっている。これは、ＷとＰｔは逆符号のスピン流−電流変換係数（スピン軌道相互作用）を有しており、電流を同じ方向に印加したときにスピンホール効果で生成されるスピン流の向きはＷとＰｔで逆向きになるためである。
【００５０】
なお、参考のために、ＹＩＧ上にＡｌ２Ｏ３膜を介してＰｔを設けた試料について、同様の試験を行ったが、スピンペルチェ効果に基づく温度変化は見られなかった。これは、ＹＩＧとＰｔの間にＡｌ２Ｏ３膜を設けたことにより、スピン波スピン流がＹＩＧに注入されなくなったためである。
【００５１】
このように、本発明の実施例２においても、試料表面をスキャンすることなく、界面近傍の磁区の状態を一度の撮像で取得して、スピンペルチェ効果を利用して磁区を観察している。したがって、実施例１と同様に、また、カー顕微鏡では困難であった、磁気光学効果の小さな磁性材料の磁気的性質の測定も可能になる。
【符号の説明】
【００５２】
１  試料
２  成長基板
３  磁性体
４  スピン流注入部材
５  電圧印加部材
６  試料載置部材
７  赤外線撮像部材
８  解析部材
１０，２０  試料
１１，２１  ＧＧＧ単結晶基板
１２，２２  ＹＩＧ
１３  Ｐｔ
１４，２４  電源
１５，２５  赤外線カメラ
１６，２６  ＰＣ
２３  Ｗ
４１  磁性体
４２  スピン流注入部材
４３  磁化
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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