世界初！XMCDのベイズ分光で、隠れた元スペクトルを再現－磁石材料の新しいスペクトル解析法の開発－

【ポイント】

• 磁石材料のX線磁気円二色性（XMCD:X-ray Magnetic Circular Dichroism）スペクトルから磁性評価をするため、ベイズ推定を組み込んだ新しい解析法（ベイズ分光法）を開発しました。
• ベイズ分光法により、左右円偏光X線で得られる２つの元スペクトルの差分であるXMCDスペクトルだけから、元のX線吸収スペクトルを再現することに世界で初めて成功しました。
• これまで点推定であった磁性を表す物理量（磁気モーメント）の誤差評価もベイズ分光法で実現しました。今後、磁性材料の研究に貢献することが期待できます。

【概要説明】　

　熊本大学大学院自然科学教育部の山﨑大雅（博士前期課程２年）、同産業ナノマテリアル研究所の赤井一郎 教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の岡田真人教授らの研究グループは、磁石材料のニッケルフェライト（注１）を想定した人工XMCDスペクトル解析にベイズ分光法（注２）を適用しました。その結果、左右円偏光X線（注３）で計測されるX線吸収（XA：X-ray Absorption）スペクトル（注４）の差分であるXMCDスペクトル（注５）だけから、元のXAスペクトルを再現することに成功しました。さらに、そのスペクトル解析で得た各スペクトル成分のスペクトル強度の事後確率分布（注６）から、磁気モーメント（注７）とその誤差の推定に成功しました。今後本手法は、新規材料の磁気特性の解明に応用され、磁石材料研究に貢献することが期待されます。

　本研究は、科学技術振興機構（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（高輝度光科学研究センター　理事長））の研究課題「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（熊本大学産業ナノマテリアル研究所教授））と同領域の研究課題「ベイズ推論とスパースモデリングによる計測と情報の融合」（研究代表者：岡田真人（東京大学大学院新領域創成科学研究科教授））の支援を受けて行いました。本研究成果は「Science and Technology of Advanced Materials: Methods」に令和3年7 月7日に掲載されました。

【用語解説】

（注１）ニッケルフェライト　ニッケルを含む酸化鉄を主成分とする磁石材料の１つ。
（注２）ベイズ分光法　因果律をさかのぼるベイズ推定を適用したスペクトル解析法。
（注３）左右円偏光X線　X線の電場方向が電波に伴って回転するもので、左右回りの２通りがあり、電子のスピン状態を選択するのに用いられます。
（注４）X線吸収（XA）スペクトル　X線を用いて計測される吸収スペクトルで、エネルギーによって原子の種類が選択できます。
（注５）XMCDスペクトル　左右円偏光X線で計測されるXAスペクトルの差分スペクトルで磁性を計測する手法です。
（注６）事後確率分布　ベイズ推定で評価できる推定量の誤差分布で、計測データに基づいて評価されます。
（注７）磁気モーメント　材料の磁性の大きさを表すもので、電子軌道由来とスピン由来のものがあります。

【論文情報】
論文タイトル：Bayesian spectroscopy of synthesized soft X-ray absorption spectra showing magnetic circular dichroism at Ni-L3,-L2 edges
著者名（*責任著者）：Taiga Yamasaki^1*, Kazunori Iwamitsu², Hiroyuki Kumazoe³, Masato Okada^4,5, Masaichiro Mizumaki⁶,　Ichiro Akai^3*
1. 熊本大学大学院 自然科学教育部 理学専攻、2. 熊本大学 技術部、3. 熊本大学 産業ナノマテリアル研究所、4. 東京大学 大学院新領域創成科学研究科 複雑理工学専攻、5. 物質・材料研究機構 情報統合型物質・材料研究拠点、6. 高輝度光科学研究センター
掲載雑誌：Science and Technology of Advanced Materials: Methods
DOI：10.1080/27660400.2021.1932108
URL：https://doi.org/10.1080/27660400.2021.1932108

【詳細】

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