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Atomic scale characterizations of the exchange coupling in ferromagnetic/antiferromagnetic heterostructures by spin-polarized STM

Research Project

Project/Area Number 16H05963
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Nanostructural physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

MIYAMACHI Toshio  東京大学, 物性研究所, 助教 (10437361)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥26,130,000 (Direct Cost: ¥20,100,000、Indirect Cost: ¥6,030,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2016: ¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Keywordsスピン偏極STM / XAS/XMCD / 磁性超薄膜ヘテロ構造 / スピン再配列転移 / 表面・界面 / スピン偏極走査トンネル顕微鏡 / X線吸収分光 / X線磁気円二色性 / ナノ磁性 / 交換結合 / 放射光分光
Outline of Final Research Achievements

We performed spin-polarized STM and XAS/XMCD measurements for antiferromagnetic/ferromagnetic Mn/Fe thin film heterostructures grown on Cu(001). The purpose of this work was to elucidate microscopic origins of electronic and magnetic properties at the heterointerface. We observed the spin reorientation transition of the Fe layer in Mn/Fe thin film heterostructures from out-of-plane direction to in-plane direction with increasing the thickness of the Mn layer. Atomically-resolved STM observations in the process of the heterointerface formation revealed the structural transition from the disordered alloy to the ordered alloy at the heterointerface as the origin of the transition. Furthermore, with the help of atomic-scale observations of surface magnetic structures of the Mn layer by spin-polarized STM, we successfully demonstrated that the change in the easy magnetization direction of the Fe layer is originated from the magnetic coupling with the Mn layer at the heterointerface.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、スピン偏極STMにXAS/XMCD測定を相補的に組み合わせた研究手法を用いて反強磁性/強磁性 Mn/Fe超薄膜ヘテロ構造の界面形成過程における磁気特性の逐次変化を原子スケールで明らかにした。さらに、界面磁気結合状態を決定する原子構造と電子状態の役割を個別に分離して理解することに成功した。本研究成果により磁性超薄膜ヘテロ構造の界面磁気特性を飛躍的に向上させ、磁気ヘッドに代表されるヘテロ接合デバイスのさらなる低消費電力化や高密度化につながることが期待できる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (55 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (38 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

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      Volume: 94 Issue: 4 Pages: 0454391-5

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      Volume: 12 Issue: 29 Pages: 3882-3882

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      宮町俊生
    • Organizer
      関西ナノスピン変換科学若手ワークショップ
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    • Author(s)
      宮町俊生
    • Organizer
      SPring-8 におけるスペクトロスコピーの将来検討会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 走査トンネル顕微鏡と放射光分光で探る窒化鉄単原子層の原子スケール電子・磁気状態2016

    • Author(s)
      宮町俊生
    • Organizer
      科学研究費 基盤 A 研究会 「酸化物薄膜界面の異方的磁性とスピン-軌道結合現象の多自由 度放射光分光」
    • Related Report
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    • Invited

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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