2015 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン基板上への高スピン偏極強磁性薄膜の創製とスピントロニクスデバイスへの展開
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14J01804
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊藤 啓太 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 窒化物 / 強磁性体 / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコン基板上への単結晶スピントロニクスデバイスの実現に向けて、Si(001)基板との格子不整合率が小さい絶縁体基板上にFe4N薄膜をエピタキシャル成長し、その結晶性を評価した。これまでに報告例があるMgO(001)、SrTiO3(STO)(001)基板に加えて、新たにMgAl2O4(MAO)(001)、CaF2(001)基板上への、分子線エピタキシー(MBE)法によるFe4N薄膜の結晶成長を試みた。成長温度を変えて作製し、成長条件を最適化した結果、MgO、STO、MAO基板上には高品質なFe4N薄膜の作製に成功した。一方で、CaF2基板上ではFe4Nとの小さな格子不整合率(-1.8%)にも関わらず、多結晶が混在した膜しか実現できなかった。したがって、シリコン基板上にFe4N薄膜を結晶成長するための緩衝層材料としては、CaF2は相応しくないことが明らかとなった。
Ni3FeNについて、フェルミ準位における大きな負のスピン分極率(-0.86)が第一原理計算から予想されたため、STO(001)基板上にMBE法によりNixFe4-xN(0≦x≦4)薄膜を結晶成長し、基礎的な磁気物性を評価した。成長温度を変えて作製した結果、Niリッチ組成では高温で窒素抜けが生じやすいことがわかった。低温での飽和磁化の値は、Ni4N以外については第一原理計算の予想と良く一致した。Ni4Nは常磁性体となった。Ni3FeNのキュリー温度は266 Kとなり、室温を下回ることが明らかとなった。Ni3FeNのキュリー温度については、室温以上と室温以下の両方の報告例が存在するが、本研究は後者の結果と値も良く一致した。
垂直磁気異方性を有する正方晶Mn4Nの磁気構造について第一原理計算を用いて検討した結果、これまで報告されている磁気構造とは異なる構造が新たに示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
年度当初に作成した研究実施計画に沿って研究を遂行し、一定の成果が得られたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
シリコン基板上に単結晶絶縁体を成長し、その上に単結晶強磁性窒化物を成長することで、シリコン基板上へのスピントロニクスデバイスへの足掛かりとする。絶縁体材料としては、STOまたはMAOが有力と考える。
Ni2Fe2Nについて、一軸磁気異方性の発現が第一原理計算から予想されたため、実際に薄膜を作製し、磁気物性を評価する。
新たな試みとして、Fe4NとMn4Nのハイブリット構造の作製を試み、Fe4Nを垂直磁化膜にする。
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[Presentation] Fe4Nエピタキシャル薄膜の窒素原子占有度の評価2015
Author(s)
伊藤啓太, 具志俊希, 東小薗創真, 竹田幸治, 斎藤祐児, 都甲薫, 柳原英人, 角田匡清, 小口多美夫, 木村昭夫, 喜多英治, 末益崇
Organizer
第39回日本磁気学会学術講演会
Place of Presentation
名古屋大学、愛知県
Year and Date
2015-09-08 – 2015-09-11
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