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

研究課題番号：08455316

1997年度 研究成果報告書概要

代表者

    • 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

研究課題基本情報

  • 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

    • 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

研究概要

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ークが観測された。このX線回折パターンは、完全なLayer-by-layer growth を仮定したコヒー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ー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以下の低エネルギー側でカ-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。

発表文献

  • K, Sato: "Magneto-Optical Spectra in Fe(xML)/Au(xML)Artificially Ordered Superlattices" 日本応用磁気学会誌. 20(2). 197-200 (1996),

  • 中澤 弘実: "単原子層蒸着によるAu(111)上[Fe(nML)/Au(nML)](n=1,2,3)多層膜の作製と垂直磁気異方性" 日本応用磁気学会誌. 20(2). 353-356 (1996)

  • S, Mitani: "Structural and Magnetic properties of Fe/noble metal monatomic multilayers equivalent to L1_0 ordered alloys" J.Magn.Magn.Mater. 156. 7-10 (1996),

  • K, Sato: "Magneto-Optical Characterization of FeAu Artificial Ordered Alloy" J.Mag.Soc.Jpn. 20(S1). 35-40 (1996)

  • 高梨 弘毅: "単原子層積層制御によるL1_0型FeAu規則合金の構造と磁性" 固体物理. 31(10). 37-43 (1996),

  • 高梨 弘毅: "金属人工格子積層構造の極限への挑戦-単原子層積層制御による人工規則合金合成の試み" 日本金属学会報(まてりあ). 35(11). 1204-1207 (1996),

  • S, Mitani: "Coherent Layered Structures in Fe/Au Monatomic Multilayers with Addition of Fractional Atomic Layers" Jpn.J.Appl.Phys.36・8A Part2. L1045-L1047 (1997),

  • K, Takanashi: "Oscillatory perpendicular magnetic anisotropy and lattice place spacing in Fe/Au superlattices" Appl.Phys.Lett.72・6. 737-739 (1998),

  • K, Takanashi: "Magenetooptical Kerr effect in Fe/Au superlattices modulated by integer atomic layers" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 1199-1200 (1998),

  • 氷見 清和: "非整数原子層原子層交互蒸着Fe/Au人工格子の構造と垂直磁気異方性" 日本応用磁気学会誌. 22・4-2 印刷中. (1998)

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