種々の基盤上に物理吸着した酸素モノレイヤーの磁気相転移

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05640405
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 村上 洋一 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (60190899)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寿栄松 宏仁 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (70013513)
• Keywords: モノレイヤー / 磁気相転移 / 2次元磁気秩序 / 酸素分子

Research Abstract

本研究では、黒鉛以外の基盤に酸素分子を物理吸着させ、モノレイヤーを作り、その構造及び磁気的性質を調べ、黒鉛上酸素モノレイヤー系と比較を行なった。以下に述べるように、これらの系においては基盤との相互作用が重要であることが明らかになった。
1.基盤を、半金属である黒鉛から、結晶構造はほとんど黒鉛と同じであるが、絶縁体であるボロンナイトライド(h-BN)に変えた。放射光を利用した、精密なx線回折実験より、この系の温度-酸素被覆率相図の上に現われるすべての相で、構造決定を行なった。酸素分子軸が基盤層に平行である低密度相と垂直である高密度相については、黒鉛上のものと同じ構造を持つことが分かった。特徴的な事は、低密度相と高密度相の間に、黒鉛上のものにない、新しい相が存在することである。この相の構造は、酸素分子軸が基盤層に対して、ある角度を持ったものである。また、この相は、低温で磁気的秩序相に格子歪みを伴って、1次相転移をすることが明らかになった。その相転移点で、構造的には、対称性は変わらないが面内格子定数の比が変化する。磁気的には、磁化率のヒステリシスを伴う急激な変化が観測された。高温相では1次元的な短距離磁気秩序が発達した状態で、低温相では2次元的長距離秩序が存在しているものと考えている。
2.黒鉛基盤上にまず第1層目として、Ar原子のモノレイヤーを作り、その上に第2層目として酸素モノレイヤーを成長させた。酸素モノレイヤーは層状成長していることが、蒸気圧測定より分かった。T=2.0Kまでキュリーワイス的な磁化率が観測され、長距離秩序はないが、発達した短距離秩序が存在することが明らかになった。この酸素モノレイヤーの構造を決定することを計画している。