表面磁気異方性を利用した超高密度メモリー用ナノ磁性粒子の創成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650331
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 北上 修 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (70250834)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島田 寛 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (00006157) ; 岡本 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (10292278)
• Keywords: 磁性メモリ / ナノ磁性粒子 / 熱揺らぎ / 表面磁気異方性 / 高密度記録 / 水素吸蔵

Research Abstract

磁性体の表面磁気異方性については未知の部分が多く,巨大な表面磁気異方性を実現する為の指針が明らかでない.そこで本研究では理想的な多層膜を用い,表面異方性の研究を行なった.
(1)3d遷移金属/Pd, Pt界面における表面異方性
表面異方性は価電子数に強く依存する事が予想されるため,価電子数の異なる3d遷移金属のPd, Pt界面における表面異方性を調べた.表面異方性は3dの価電子数に強く依存しCoで最大となり,第一原理計算と一致した.
(2)3d遷移金属/非磁性酸化物界面における表面異方性
3d遷移金属/非磁性酸化物多層膜を形成し,表面磁気異方性を系統的に調べた.その結果,酸化物界面における表面磁気異方性は3d遷移金属の価電子数に強く依存し,単原子層/真空に関する第一原理計算と同様の傾向を示した.但し,表面異方性が垂直から面内に遷移する価電子数に関しては若干理論とのズレがあった.そのズレは,3d遷移金属の外殻電子が酸化物中の酸素に引き寄せられ,実効的な価電子数が減少したためと推定された.酸化物界面における表面磁気異方性はFe, Co付近で最大となり,0.6〜0.8erg/cm^2であった.この値はバルクの結晶磁気異方性よりも一桁以上高い.このように高い表面磁気異方性は,ナノ粒子の実効異方性にも大きな影響を与える可能性がある.
3.グラニュラー膜中のナノ粒子の表面磁気異方性
非磁性酸化物中にナノ磁性粒子を分散析出させたグラニュラー膜は超高密度記録材料として有望視されている.我々はFe/SiO_2グラニュラー膜を作製し,その保磁力がバルク異方性から期待される最大保磁力〜120Oeよりも大幅に高い600Oeに達することを明らかにした.上記(2)で得られた表面磁気異方性を用い,粒子径に対する挙動及び絶対値を理解することができた.この結果はナノ粒子系において表面磁気異方性が極めて重要な役割を果たすことを示すと共に,それを利用すれば通常の安価な磁性材料でも高密度記録材料への利用の可能性を示唆している.

Research Products

• [Publications] V.Novosad, et al.: "Effect of interdot magnetostatic interaction on magnetization reversal in circular dot arrays"Physical Review B. 65. 060402-1-060402-4 (2002)
• [Publications] H.Shima, et al.: "Magnetization reversal in magnetostatically coupled dot arrays"Journal of Applied Physics. 91. 6952-6954 (2002)
• [Publications] S.Okamoto, et al.: "Chemical-order-dependent magnetic anisotropy and exchange stiffness constant of FePt(001)epitaxial films"Physical Review B. 66. 024413-1-024413-9 (2002)
• [Publications] K.Oikawa, et al.: "Magnetically induced two-phase separation in Co-Ge and Co-Si systems"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 239. 409-411 (2002)
• [Publications] S.Okamoto, et al.: "Enhancement of magnetic anisotropy of hydrogenated Pd/Co/Pd trilayers"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 239. 313-315 (2002)
• [Publications] T.Saito, et al.: "Grain growth and L1_0 ordering in FePt-SiO_2 granular film"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 239. 310-312 (2002)
• [Publications] K.Oikawa, et al.: "Thermodynamic calculations of the effect of B and Ta on magnetically induced phase separation in Co-Cr-Pt alloys"Applied Physics Letters. 80. 2704-2706 (2002)
• [Publications] O.Kitakami, et al.: "A simple analysis for magnetic behaviors of exchange-coupled granular/continuous perpendicular magnetic recording media"Japanese Journal of Applied Physics. 41. L455-L457 (2002)
• [Publications] 甲野藤真他: "高密度パターンドメディア用磁性微粒子アレイの作製"日本応用磁気学会誌. 26. 243-247 (2002)
• [Publications] 宮崎孝道他: "Bi下地によるFePt規則相の低温合成"日本応用磁気学会誌. 26. 430-433 (2002)
• [Publications] H.Shima, et al.: "Pinning of magnetic vortex in microfabricated permalloy disk"Journal of Applied Physics. 92. 1473-1476 (2002)
• [Publications] 菊池伸明他: "スピンボルテクスのbi-stable磁化反転(解説)"日本応用磁気学会誌. 26. 188-194 (2002)
• [Publications] 北上修他: "L1_0-FePt微粒子薄膜の作製(解説)"日本応用磁気学会誌. 26. 1047-1053 (2002)
• [Publications] 岡本聡他: "パターンドメディアの技術動向(解説)"マテリアルステージ. 2. 1-6 (2002)
• [Publications] Y.Yoshihara, et al.: "Brillouin light scattering from spin waves in epitaxial hcp Co films"Physical Review B. (in press). (2003)
• [Publications] S.Okamoto, et al.: "Size dependence of magnetic properties and switching behavior in FePt L1_0 nanoparticles"Physical Review B. (in press). (2003)
• [Publications] N.Kikuchi, et al.: "Sensitive detection of irreversible switching in a single FePt nano-sized dot"Applied Physics Letters. (in press). (2003)
• [Publications] S.Okamoto, et al.: "Anisotropy field of FePt L1_0 nanoparticles controlled by a very thin Pt layer"Applied Physics Letters. (in press). (2003)
• [Publications] O.Kitakami, et al.: "Energy barrier enhanced by higher-order magnetic anisotropy terms"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] T.Miyazaki, et al.: "Fabrication of two-dimensional assembly of L1_0 FePt"Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] 北上修他: "磁気記録媒体の基礎解析(招待)"日本応用磁気学会研究会資料 「磁気ストレージ技術の趨勢はどこに」. 128. 93-103 (2003)
• [Publications] 岡本聡他: "磁性体の熱揺らぎ評価(解説)"日本金属学会報まてりあ. (in press). (2003)