単原子層積層制御による非平衡規則合金の人工合成と磁気物性

Artificial fabrication and magnetic properties of non-equilibrium ordered alloys by monatomic layr control

研究課題番号：08455316

代表者

  • 1996年度～1997年度

    • 高梨 弘毅
    • TAKANASHI, Koki
    • 研究者番号：00187981
    • 東北大学・金属材料研究所・助教授

研究分担者

    • 佐藤 勝昭
    • 研究者番号：50170733
    • 東京農工大学・工学部・教授
    • 藤森 啓安
    • 研究者番号：60005866
    • 東北大学・金属材料研究所・教授
    • 三谷 誠司
    • 研究者番号：20250813
    • 東北大学・金属材料研究所・助手

この研究課題のドキュメント

研究課題基本情報（最新年度）

  • 研究期間

    1996年度〜1997年度

  • 研究分野

    構造・機能材料

  • 審査区分

    一般

  • 研究種目

    基盤研究(B)

  • 研究機関

    東北大学

  • 配分額

    • 総額：8800千円
    • 1996年度：6600千円 (直接経費：6600千円)
    • 1997年度：2200千円 (直接経費：2200千円)

研究概要（最新報告）

FeとAuの単原子層積層制御により人工的に作製したL1_0型人工規則合金の構造と磁性をFe(xML)/Au(xML)人工格子(MLは1原子層厚の意)と比較し、詳細な検討を行った。X線回折の結果、xが整数の場合でも非整数の場合でもともに、x+x=2xMLの積層周期に対応する明瞭な超格子ピ-クが観測された。このX線回折パタ-ンは、完全なLayer-by-layer growth を仮定したコヒ-レント積層構造モデルで、定性的に再現できることがわかり、良好な超格子構造が形成されていることが示された。磁化曲線から垂直磁気異方性を評価した結果、垂直磁気異方性定数K⊥とFe層厚t_<Fe>の積K⊥・t_<Fe>は、xが整数の場合、多くの人工格子に見られるようにt_<Fe>に対して直線的に減少する。この結果から、界面磁気異方性エネルギ-K_sを評価すると、K_sは1【less than or equal】x【less than or equal】3ではxとともに増加するがx【greater than or equal】4では飽和し一定となる。これは拡張されたネ-ルモデルにより理解される。一方、xが非整数の場合のK⊥・t_<Fe> vs.t_<Fe>は整数の場合の直線関係からずれ、全体として1原子層周期で振動する振る舞いを示す。これは、xが非整数の場合、界面の凸凹によりK_sが減少した結果と考えられる。人工格子の垂直磁気異方性が磁性層厚に対して振動する現象を見出したのは、本研究が世界で初めてである。また、強磁性共鳴法やトルク法を用いて、膜面内の4回対称磁気異方性の測定も行った。4回対称磁気異方性も、垂直磁気異方性と同様に、t_<Fe>に対して1原子層周期で振動的に変化する。磁気異方性の振動現象と界面構造との関係を原子レベルで解明するには、高分解能TEM観察やEXAFS,in-situ STMなどを今後行う必要がある。磁気光学スペクトルの測定でも2.5eV以下の低エネルギ-側でカ-回転角がt_<Fe>に対して1原子層周期で振動することが見出された。また1【less than or equal】x【less than or equal】8のスペクトルに3〜4eV付近で特徴的な構造が現れ、Fe層の3d電子の量子井戸状態に関係するものであることが示唆された。

We have compared structural and magnetic properties of the Ll_0-type FeAu ordered alloy fabricated by monatomic layr control to those of Fe (x ML) /Au (x ML) superlattices, where ML represents monatomic layr thickness. X-ray diffraction peaks corresponding to the superlattice period of x+x=2x ML have been observed definitely both for x=integers and non-integers. The X-ray diffraction patterns can be simulated by the model assuming a complete layr-by-layr growth with strucutural coherence throughout the sample, indicating the formation of coherent layred structure. The perpendicular magnetic anisotropy energy has been estimated from the in-plane and perpendicular magnetization curves. The product of the perpendicular anisotropy energy K_* and the Fe layr thickness t_<Fe>, K_*・t_<Fe>, for x=integers, decreases linearly with increasing t_<Fe> as seen in many magnetic superlattices. The interface anisotorpy energy K_s evaluated from the linear relationship increases with x for 1<less than or equal>x<less than or equal>3, and saturates for x<greater than or equal>4, which is explained by an extended Neel model. For x=non-integers, on the other hand, K_*・t_<Fe> vs.t_<Fe> deviates from the linear relationship, and shows oscillatory behavior with a period of 1 ML.We consider that this is a consequence associated with the reduction in K_s due to the interface roughness for x=non-integers. This study provides the first discovery of the oscillatory perpendicular anisotropy in magnetic superlattices. Furthermore, FMR measurements have indicated that the in-plane fourfold anisotropy also oscillates as a function of t_<Fe> with a period of 1.ML.In order to elucidate the origin for the oscillatory magnetic anisotropies, more precise structure analyzes including high resolution TEM,EXAFS and in situ STM are necessary. Magnetooptical measurements also indicate the oscillation of the Kerr rotation for the photon energy less than 2.5 eV.For 1<less than or equal>x<less than or equal>8, in addition, prominent structure around 3-4 eV has been observed, suggesting the formation of quantum well states of 3d electrons in Fe layrs.

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http://kaken.nii.ac.jp/ja/p/08455316