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原子レベル構造制御による垂直磁気異方性を持つ3d遷移金属酸化物の開発

Publicly Offered Research

Project Area3D Active-Site Science
Project/Area Number 17H05217
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

菅 大介  京都大学, 化学研究所, 准教授 (40378881)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords金属酸化物 / 遍歴強磁性体 / 磁気異方性 / 酸素八面体歪み / ストレイン / 酸化物ヘテロ構造 / 磁性 / 原子レベル構造制御 / 酸素八面体回転 / 垂直磁気異方性
Outline of Annual Research Achievements

本課題では、遷移金属酸化物中の磁気異方性などの磁気特性を、ヘテロ界面構造を介して制御することを目的としている。この目的のためには、ヘテロ界面を原子レベルでデザインすることが重要になる。これまでのRu酸化物薄膜に対する放射光X線回折の結果からは、薄膜中の「遷移金属-酸素結合」はストレインに強く依存すること、さらには「遷移金属-酸素結合」は薄膜の有する磁気異方性と相関することを明らかにしてきた。特にデバイス応用上重要な垂直磁気異方性の安定化には、圧縮ストレインを利用して格子歪み(酸素八面体の変形や回転)を導入することが有用であることが明らかとなってきた。この知見は、他の3d遷移金属酸化物に対しても垂直磁気異方性を導入する際に有用な知見である。そこで、遍歴強磁性体であるCoペロブスカイト酸化物に着目し、圧縮ストレインを印加することで、垂直磁気異方性の付与を試みた。パルスレーザー堆積法によって圧縮ストレイン下でL薄膜試料をエピタキシャル成長させた。磁化測定および磁気輸送特性の評価から、垂直磁気薄膜に特有の振舞い(例えば磁場掃引方向に対してヒステリシスを伴う異常ホール効果)を確認した。また引張ストレインを印加した薄膜においては面内磁気異方性を有していた。つまり圧縮ストレインによって誘起される格子歪み(CoO6酸素八面体の歪み)が垂直磁気異方性の安定化に重要な役割を果たしていることわかる。また放射光X線CTR散乱測定を利用した構造解析から、CoO6酸素八面体(またはCo-O結合)が面直方向に伸張し、面内方向に圧縮されていることを明らかにし、この格子歪みが垂直磁気異方性と相関していることを同定した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results)

  • [Journal Article] Oxygen octahedral distortions in compressively strained SrRuO3 epitaxial thin films2018

    • Author(s)
      Kan Daisuke、Anada Masato、Wakabayashi Yusuke、Tajiri Hiroo、Shimakawa Yuichi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 123 Issue: 23 Pages: 235303-235303

    • DOI

      10.1063/1.5036748

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Defect-Induced Anomalous Transverse Resistivity in an Itinerant Ferromagnetic Oxide2018

    • Author(s)
      Kan Daisuke、Shimakawa Yuichi
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 255 Issue: 9 Pages: 1800175-1800175

    • DOI

      10.1002/pssb.201800175

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Alternative to the topological interpretation of the transverse resistivity anomalies in SrRuO32018

    • Author(s)
      Kan Daisuke、Moriyama Takahiro、Kobayashi Kento、Shimakawa Yuichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 98 Issue: 18 Pages: 180408-180408

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.180408

    • NAID

      130008146098

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric field induced modulations of Anomalous Hall effect in a heterostructured itinerant ferromagnet SrRuO32017

    • Author(s)
      H. Mizuno, K. T. Yamada, D. Kan, T. Moriyama, Y. Shimakawa, and T. Ono
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Issue: 21 Pages: 214422-214422

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.214422

    • NAID

      130007511162

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 遍歴強磁性体SrRuO3薄膜のトポロジカルホール効果的振舞いの電界変調とその解釈2019

    • Author(s)
      小林 顕斗、菅 大介、島川 祐一
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 遍歴強磁性体SrRuO3のトポロジカルホール効果的振舞いの別解釈2019

    • Author(s)
      菅 大介、森山 貴広、小林 顕斗、島川 祐一
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Anomalous magnetotransport behavior in an itinerant ferromagnetic oxide2018

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      7th International Symposium Transparent Conductive Materials and 4th E-MRS & MRS-J Bilateral Symposium
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Anomalous magnetotransport behavior in an itinerant ferromagnetic oxide with interfacially engineered metal-oxygen bonds2018

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      2018 Hsinchu Oxide Forum
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 原子レベル構造制御で発現する4d 遷移金属酸化物の新奇な磁気輸送特性2018

    • Author(s)
      菅大介
    • Organizer
      第3回固体化学フォーラム研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Interface Engineering of Transition Metal Oxides as a New Route for Exploring Functional Propertie2018

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interface engineering of transition metal oxide as a new route for exploring functional properties2018

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      Electronic Materials and Applications (EMA) 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Atomic engineering of transition metal oxides as a new route for exploring their functional properties2017

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      The 3rd East-Asia Microscopy Conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Tuning magnetic anisotropy by interfacially engineering the oxygen coordination environment in a transition-metal oxide2017

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      International Workshop on Oxide Electronics (WOE24)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Interface engineering of metal-oxygen bonds as a new route for exploring functional properties of transition metal oxides2017

    • Author(s)
      Daisuke Kan
    • Organizer
      IUMRS-ICAM 2017 The 15th International Conference on Advanced Materials
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 原子レベル構造制御による遷移金属酸化物の機能開発2017

    • Author(s)
      菅大介
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会 秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 圧縮ストレイン下におけるSrRuO3薄膜のホール抵抗の異常な振る舞い2017

    • Author(s)
      小林 顕斗、菅 大介、島川 祐一
    • Organizer
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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