2021-08-30 高輝度光科学研究センター,科学技術振興機構
高輝度光科学研究センター（ＪＡＳＲＩ）は、熊本大学、物質・材料研究機構、東京大学と共同で、磁性材料の基本材料である純鉄の磁気コンプトン散乱スペクトルにベイズ分光を適用し、磁気コンプトン散乱測定時間を２０分の１に短縮してもこれまでと同様の精度で磁気モーメントを決定できる新しい解析法の開発に成功しました。
磁気コンプトン散乱は左右円偏光Ｘ線を用いて得られるスペクトルの差分で定義され、そのスペクトルにはスピン磁気モーメントとそれを構成する３ｄ・４ｓ電子軌道に関する情報が含まれています。スピン磁気モーメントは、磁石の強さを表すもので、スペクトル強度を積分することで得られます。３ｄ・４ｓ電子軌道の形状という情報は、スペクトルを成分分解することで得られます。このように磁気コンプトン散乱を測定することにより、磁石などの磁性材料の磁気的な強さが分かり、磁性材料の高性能化が可能となります。磁気コンプトン散乱のシグナルは非常に弱く、上記情報の十分なスペクトルを得るのに非常に時間がかかる測定ですが、試料内部までの電子状態が観測できる唯一無二の方法です。そこで得られる情報の精度を落とさず測定時間を短縮化する方法の開発が望まれていました。
今回、本研究グループは、ベイズの定理に基づくベイズ分光を、磁気コンプトン散乱スペクトルの解析に適用し、測定者が要請した精度で、物理量（今回の場合はスピン磁気モーメントの大きさ）を求めるための測定時間を決定しました。これまでの解析法では物理量の精度を推定することができませんでしたが、ベイズ分光によりこれが可能となり、その精度に到達すれば、測定を終了するという枠組みを構築することができました。この枠組みを用いることで、スピン磁気モーメントの大きさを小数点第２位の精度で評価するには従来の測定時間の２０分の１で十分であることが分かりました。このことは、従来約１日かかっていた測定が１時間程度で済むことを示しています。これによりさまざまな条件で作製された多数の材料の測定が可能となるため、材料の作製条件の最適化への指針を得ることができ、磁性材料の研究開発が促進されることが期待されます。
今回構築に成功したベイズ分光を用いた解析法により測定時間の大幅な短縮が可能となり、磁気コンプトン散乱を用いた磁性材料の研究開発が促進されることが期待されます。また今回の解析方法は測定時間を人に頼らずにコンピューターが自動決定できる手法でもあり、今後自動測定システム開発に重要な役割を果たすと期待されます。
今回の研究成果は、ＪＡＳＲＩ 横山 優一 博士研究員、辻 成希 研究員、水牧 仁一朗 主幹研究員、熊本大学 赤井 一郎 教授、物質・材料研究機構 永田 賢二 主任研究員、東京大学 岡田 真人 教授らのグループの共同研究によるもので、２０２１年８月３０日に日本物理学会英文誌「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ」のオンライン版に掲載されます。
本研究は、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ 研究領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」（研究総括：雨宮 慶幸）における研究課題「データ駆動科学による高次元Ｘ線吸収計測の革新」（研究代表者：赤井 一郎）の助成を受け、ＳＰｒｉｎｇ－８の利用研究課題として行われました。
＜論文タイトル＞
- “Bayesian Orbital Decomposition and Determination of End Condition for Magnetic Compton Scattering”
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
水牧 仁一朗（ミズマキ マサイチロウ）
高輝度光科学研究センター 分光推進室 主幹研究員
横山 優一（ヨコヤマ ユウイチ）
高輝度光科学研究センター 分光推進室 博士研究員
辻 成希（ツジ ナルキ）
高輝度光科学研究センター 回折・散乱推進室 研究員
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
＜報道担当＞
（SPring-8 / SACLAに関すること）
高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課
科学技術振興機構 広報課
