非磁性金属におけるナノスケール下での強磁性の発現および外場による磁性制御

• Project/Area Number: 15J00298
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanomaterials engineering
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 櫻木 俊輔 慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,730,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: Pd / ナノ磁性 / 量子井戸状態 / 表面・界面磁性 / 強磁性 / 磁性制御 / 光電流 / 超薄膜 / 表面・界面物性

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、金属超薄膜中の量子井戸状態に着目しPd(100)超薄膜の電子状態を系統的に変化させることで、金属に強磁性が発現するメカニズムを電子論の観点から理解することを目指した。また、得られた知見を基に、原理に基づいた外場による常磁性-強磁性間の磁性スイッチングを実現することを目指した。本年度得られた成果は以下のとおりである。
1. Pd(100)超薄膜上に堆積した遷移金属のバンド分散の形状を利用した軌道選択的なバンドエンジニアリング、および本効果を利用した磁性変調法の第一原理計算による提案
2. BaTiO3基板を介して歪みを印加したPd(100)超薄膜に生じる磁気モーメントの変調の実験・第一原理計算による実証
3. 強磁性Pd超薄膜に生じると予想される特異なスピン構造の観測の観測を目的とした、磁気光ガルバノ効果を用いたスピン構造体の観測手法の開発
これらの成果は、Pd(100)超薄膜中の量子井戸により誘起される強磁性の起源を電子論の観点から理解することで、原理に基づいて外場による磁性制御に成功したものであり、申請時の計画を達成することができたといえる。また、申請時には予想していなかった、遷移金属の吸着による軌道およびk点選択的なバンド変調の実証、および歪みを利用した磁性変調技術を確立することに成功した。加えて、量子井戸状態に起因して生じた強磁性体中に生じうる渦状のスピン構造体を、可視光を用い簡便に観測するための手法の開発にも成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Change in magnetization of ferromagnetic Pd(001) ultrathin films induced by the strain effect of BaTiO3 (2018)
  • Author(s): Yusuke Ban, Katsuyoshi Komatsu, Shunsuke Sakuragi, Tomoyasu Taniyama, Hiroyuki Kageshima, and Tetsuya Sato
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 112 Issue: 14 Pages: 142409-142409
  • DOI: 10.1063/1.5020956
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of the change in the interface structure of Pd(100)/SrTiO3 for quantum-well induced ferromagnetism (2017)
  • Author(s): Shunsuke Sakuragi, Tomoyuki Ogawa, and Tetsuya Sato
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 423 Pages: 453-457
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.09.073
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ferromagnetism in Pd(100) Ultrathin Films Enhanced by Distortion (2015)
  • Author(s): Shunsuke Sakuragi, Hiroo Tajiri, Tetsuya Sato
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 75 Pages: 1167-1171
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.188
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 光第二高調波発生による磁性体ナノ構造中のトロイダルモーメントの検出 (2018)
  • Author(s): 佐藤佳史, 櫻木俊輔, 富樫拓也, 石原照也, 松原正和
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] BaTiO3を用いた歪み印加によるPd(100)薄膜の強磁性変調 (2018)
  • Author(s): 坂裕介, 小松克伊, 櫻木俊輔, 谷山智康, 影島博之, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ショットキー障壁を用いた量子井戸変調に伴うPd(100)超薄膜の磁気特性変化II (2018)
  • Author(s): 田辺秀崇, 櫻木俊輔, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Pt（100）超薄膜の磁性の検討 (2018)
  • Author(s): 落合敬祐, 櫻木俊輔, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Fe/Pd(001)2層膜の磁気特性に及ぼすPd量子井戸の影響 (2018)
  • Author(s): 餅原耕佑, 中原翔太, 櫻木俊輔, 沢田正博, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] BaTiO3の構造相転移に伴うPd薄膜の磁性変調 (2017)
  • Author(s): 坂裕介, 小松克伊, 櫻木俊輔, 谷山智康, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府・豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Pd(100)超薄膜のd電子量子井戸状態の観測 (2017)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 田辺秀崇, Eike F. Schwier, 島田賢也, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府・豊中市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Magnetic anisotropy of Fe/Pd(001) bilayer dependent on Pd film thickness (2017)
  • Author(s): Shota Nakahara, Shunsuke Sakuragi, Kousuke Mochihara, Masahiro Sawada, and Tetsuya Sato
  • Organizer: The 21st Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県・東広島市)
  • Year and Date: 2017-03-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショットキー接合を用いた量子井戸状態の変調によるPd(100)薄膜の磁気特性変化 (2017)
  • Author(s): 田辺秀崇, 櫻木俊輔, 糸谷良, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] SrTiO3基板への紫外線照射に伴う強磁性Pd(100)薄膜の磁性変調 (2017)
  • Author(s): 青木舜平, 櫻木俊輔, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] BaTiO3が誘導する歪みを利用した電界印加によるPd薄膜の強磁性制御 (2017)
  • Author(s): 坂裕介, 小松克伊, 櫻木俊輔, 谷山智康, 影島博之, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 表面の格子歪みを用いた金属の量子井戸状態の変調による磁性スイッチング (2017)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 影島博之, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] Tailoring the ferromagnetism of Pd(100) ultrathin films via quantum-well states (2017)
  • Author(s): Shunsuke Sakuragi, Hiroo Tajiri, Hiroyuki Kageshima, and Tetsuya Sato
  • Organizer: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magneto-elastic Effect on Ferromagnetism Induced by Quantum-well States in Pd Thin Film (2017)
  • Author(s): Yusuke Ban, Katsuyoshi Komatsu, Shunsuke Sakuragi, Tomoyasu Taniyama, Hiroyuki Kageshima, Tetsuya Sato
  • Organizer: International Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遷移金属超薄膜中に量子井戸状態に起因して生じた自発歪みと強磁性II (2016)
  • Author(s): 櫻木俊輔，影島博之，田尻寛男，糸谷良，佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県・金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Pd膜厚に依存したFe/Pd(001) 2層膜の磁気異方性II (2016)
  • Author(s): 中原翔太，櫻木俊輔，佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県・金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Pd(100)薄膜の磁性に対する電場印加効果 (2016)
  • Author(s): 青木舜平，櫻木俊輔，佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県・金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Fe/Pd薄膜の磁気特性にPd層の量子井戸状態が与える影響 (2016)
  • Author(s): 櫻木俊輔，中原翔太，餅原耕佑，沢田正博，佐藤徹哉
  • Organizer: 第40回日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県・金沢市)
  • Year and Date: 2016-09-05
• [Presentation] ショットキー障壁を用いたPd(100)超薄膜の量子井戸変調 (2016)
  • Author(s): 糸谷良, 櫻木俊輔, 浦崎柊, 岡田克也, 影島博之, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県・仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 遷移金属超薄膜中に量子井戸状態に起因して生じた自発歪みと強磁性 (2016)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 田尻寛男, 佐藤龍，青木舜平，糸谷良，浦崎柊，岡田克也，影島博之, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県・仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] XAS and XMCD study of Pd(100) and Fe/Pd(100) ultrathin films (2016)
  • Author(s): S. Sakuragi, M. Sawada, S. Nakahara and T. Sato
  • Organizer: The 20th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県・東広島市)
  • Year and Date: 2016-03-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Manipulation of magnetism of nano-sized 4d and 5d transition metals (2016)
  • Author(s): T. Sato and S. Sakuragi
  • Organizer: The 20th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県・東広島市)
  • Year and Date: 2016-03-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spontaneous distortion and ferromagnetism induced by quantum-well states in Pd(100) ultrathin films (2016)
  • Author(s): Shunsuke Sakuragi, Hiroo Tajiri, and Tetsuya Sato
  • Organizer: 2016 Joint MMM-Intermag Conference
  • Place of Presentation: San diego (U.S.A.)
  • Year and Date: 2016-01-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 強磁性Pd(100)超薄膜に生じた歪みの膜厚依存性 (2015)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 田尻寛男, 猪田康夫, 金井友宏, 中原翔太, 佐藤徹哉
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪府・吹田市)
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] 基板相転移に伴う強磁性Pd(100)超薄膜の磁性の変化II (2015)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 小川智之, 佐藤徹哉
  • Organizer: 第39回日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県・名古屋市)
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] NbドープSrTiO3上のPd(100)超薄膜の電圧印加による磁性への効果 (2015)
  • Author(s): 糸谷良, 櫻木俊輔, 佐藤徹哉
  • Organizer: 第39回日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県・名古屋市)
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] Ferromagnetism in Pd(100) ultrathin films enhanced by distortion (2015)
  • Author(s): S. Sakuragi, H. Tajiri, and T. Sato
  • Organizer: The 20th International Conference on Magnetism
  • Place of Presentation: Barcelona (Spain)
  • Year and Date: 2015-07-09
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: https://sites.google.com/site/shunsukesakuragi/japanese
• [Remarks] Shunsuke Sakuragi
  • URL: http://sites.google.com/site/shunsukesakuragi/japanese