強い表面磁気異方性を持つ合金微粒子の合成と新磁気機能性の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450231
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 島田 寛 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (00006157)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大谷 義近 東北大学, 工学部, 助教授 (60245610) ; 北上 修 東北大学, 科学計測研究所, 助教授 (70250834)
• Keywords: 超微粒子 / 超常磁性 / 表面磁気異方性 / 磁区観察 / 強磁性体

Research Abstract

強磁性体は、そのサイズがnm付近に近づくと熱擾乱(超常磁性)が起こり、強磁性体材料としての機能を失う。本研究では、強磁性体微粒子の合成法を開発し、高分解能磁区観察法に応用するためにスパッター法によるnmサイズの微粒子合成法、合金化による高磁気エネルギー化、表面磁気異方性の解明と高磁気エネルギー化を研究した。以下がその成果である。
(1)気相成長したCo微粒子は数10nm以下ではfcc相が安定になり、より大きいサイズではhcp相が安定相、また数10nm以下でも準安定相としてhcp相が得られること、さらにこれらの形成機構は、各微粒子結晶形態の表面エネルギーで説明できる。
(2)この準安定相を安定化する目的でCo-Pt合金微粒子を作成するとhcp相が高体積率で得られること、また、その磁気異方性を実測すると、バルク値よりもはるかに高い値を示し、表面の磁気異方性(表面磁気異方性)の寄与が確認できた。
(3)強い表面磁気異方性が期待できる希土類-遷移金属合金の微粒子を作成し、その磁気的性質を調べたが、酸化の進行による特性の変化が起こった。微粒子を被覆する技術を開発し、酸化の進行を非常に遅くすることができたが、高い抗磁力は得られなかった。この原因は、酸化の過程により表面から内部に酸素が進入するため、表面の状態が乱れて表面磁気異方性が形成されないとめと推定し、この実験は中断した。
(4)表面磁気異方性の計測・解析技術を開発し、遷移金属と酸化物からなるグラニュラー薄膜および多層膜を作成して表面磁気異方性の効果を調べ、Co/MgOの界面で非常に高い磁気異方性が存在することを確認した。
(5)以上から、当初の目的であった高磁気エネルギー微粒子の形成は、Co-Ptについて10nmまで可能となり、高い表面磁気異方性を確認できた。この結果は、より高い表面磁気異方性を持つ10nm以下の微粒子合成に重要な指針をあたえる。

Research Products

• [Publications] 北上 修 他: "気相凝縮法で形成したコバルト微粒子の結晶構造"日本金属学会報. 37. 189-195 (1998)
• [Publications] C.Chen et al.: "Particle size effects and surface anisotropy in Fe based granular films"Journal of Applied Physics. 84. 2184-2189 (1998)
• [Publications] C.Chen et al.: "Surface anisotropy in giant magnetic coercivity effect of cubic granular FeCo/SiO2 and NiCo/SiO2 thin films"J. Magnetism and Magnetic Mater.. 86. 2161-2165 (1999)
• [Publications] Y.Otani et al.: "Magnetization reversal process in submicron Co dots and antidot arrays"J. Magnetizm and Mangetic Mater.. 198-199. 434-436 (1999)
• [Publications] C.Chen et al.: "Very large coercivity and granular structure of CoPt/SiO2 films"IEEE Trans. Magn.. 35. 3466-3468 (1999)
• [Publications] S.Okamoto: "Magnetic surface anisotropy of FCC-C -Fe(111)/Pd multilayers"IEEE Trans.Magn.. 35. 3031-3033 (1999)
• [Publications] C.Chen et al.: "Long-range atomic ordering and magnetic properties of granular CoPt/SiO2 films with x=0.4-0.7"J. Appl. Phys.. (in press). (2000)
• [Publications] Y.Nakatani et al.: "Effects of thermal fluctuation on reversal field on magnetic fine particles with surface anisotropy"IEEE Trans. Magn.. (in press). (2000)