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

反问题算法实现的微磁化矢量3D跟踪系统

• 批准号: 22K04246
• 负责人: 川又 修一
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04246/
• 关键词: 磁束分布測定; SQUIDセンサー; プローブ顕微鏡; 磁束ベクトル

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。

扫描SQUID显微镜是探针显微镜的一种，通过在样品表面上扫描连接到SQUID元件的检测线圈，可以高灵敏度地测量磁通密度分布。传统装置仅限于测量磁通密度Z方向分量的二维分布。在本研究中，通过自主设计和制造配备三个相互垂直的检测线圈的SQUID元件，我们将使用扫描三维SQUID，可以确定磁通密度矢量的三个分量在X、 Y 和 Z 方向启动显微镜。传统设备需要消耗大量液氦进行测量，并且测量时间有限，但本研究旨在使用具有减振措施的通用制冷机创建一个可以长时间连续测量的系统。这次，我们使用GM制冷机对低温恒温器进行了启动冷却测试，并确认可以将元件和样品温度维持在3 K左右并进行长期测量。低温恒温器设计有倒置式 GM 制冷机，以方便样品交换。我们独立设计和制造的两个元件，即XYZ拾波线圈各由1匝线圈组成的元件和每个元件由2匝线圈组成的元件，安装在低温恒温器中以产生I-V V -通过测量Φ特性来确认装置的操作。此外，以Nb薄膜为样本，使用1匝线圈和2匝线圈的元件来尝试测量磁通分布，从而能够观察涡流磁通。另一方面，为了从测量数据中获得高分辨率的磁场源图像，我们还在开发一种计算程序，利用数值计算进行逆问题分析处理。从扫描SQUID显微镜的图像数据中获得排除拾波线圈形状因素影响的磁场图像是实现高分辨率的一个重要问题。我们试图通过改进传统的逆转换程序来开发一种更有效的算法，使其能够使用针对三维矢量测量的三个拾取线圈进行测量。

项目成果

走査型SQUID 顕微鏡の画像解析における特異値分解の応用

奇异值分解在扫描SQUID显微镜图像分析中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 林正彦;川又修一;石田武和;宍戸寛明;岩崎志音;Vu The Dang
• 通讯作者: Vu The Dang