2017 Fiscal Year Annual Research Report
Induction of magnetic function on two-dimensional metal thin film based on quantum well structure and its application
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15H01998
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
佐藤 徹哉 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (20162448)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沢田 正博 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (00335697)
島田 賢也 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (10284225)
谷山 智康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (10302960)
神原 陽一 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50524055)
影島 博之 島根大学, 総合理工学研究科, 教授 (70374072)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子井戸 / 磁化制御 / 磁気異方性制御 / 遷移金属 / 配向超薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでのPd(100)超薄膜の磁気測定と放射光を用いた構造解析の結果を踏まえて、Pd(100)超薄膜の磁化と磁気異方性の制御を目指した。
強誘電体チタン酸バリウム(BTO)の構造相転移に伴う歪みを用いたPd(100)超薄膜の磁化制御を行うために、BTO基板上にチタン酸ストロンチウム(STO)層を挟んで(100)Pdを作製して磁化測定を行った。200 Vの電圧を印加してBTOを単一ドメイン化して磁化の温度依存性を調べた結果、構造相転移する285 K近傍で約5%の磁化の変化を観測した。電子構造計算から、この磁化変化はBTOの歪みによるPdの歪みに起因すると理解された。
半導体化させた酸素欠陥導入STO基板上に(100)Pdを作製してショットキー接合を作製し、電圧を印加してショットキー障壁を変調して界面位相シフトを変化させることでPdの磁性制御を目指した。電圧に対してPdの磁化が振動的に変化することを見出した。
(100)Pd/Fe2層膜においてPdの量子井戸変調に伴うFe層の磁気異方性の変化を調べた。Pdの飽和磁化の膜厚変化が示す振動的挙動と等しい周期でFe/Pdの磁気異方性が変化した。これはPdの量子井戸に起因した4dxzと4dyzバンドとFeの3dバンドのスピン軌道結合がPdの膜厚変化により変化したためであると考えられ、電場による量子井戸状態の変調を用いてFe層の磁性制御を実現することに見通しが立った。
(100)配向Pt超薄膜の作製系を構築し、その磁性を調べた。膜厚4.2 nmと2.7 nmのPt薄膜においてPd薄膜と同程度の磁化を持つ強磁性の発現が観測された。これより、スピン軌道相互作用の強いPtにおける磁気異方性と量子井戸の関係を議論できるとともに、磁気円二色性測定に感度のあるPtを用いて量子井戸に起因する強磁性発現の詳細な起源を検討できる見通しが立った。
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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
(100)Pd薄膜に対する歪みを用いた磁性変調が観測され、その起源も電子構造の立場から議論を行い、論文掲載が決定した。この変化は電場を用いることで、より制御性の高い手法へと発展できる見通しを得ており、応用展開への可能性も期待される。また、(100)Pd/Fe2層膜におけるPdの量子井戸変調に伴うFe層の磁気異方性変化に関しても、Pdの量子井戸との強い相関が見られるとともに、放射光を用いたX線吸収とX線磁気円二色性の測定から、その起源もほぼ明らかになり、現在論文投稿準備中である。さらに、基板界面のショットキー接合を利用した電場による磁性制御に関しても、実験に適切な印加電圧と磁化の間に量子井戸に関連する振動的な挙動が観測されており、新規性の高い磁性の電気的制御法を実現できるとの見通しを得た。以上より、Pdの量子井戸に起因する磁性の外場による制御に関しては順調に進展している。
Pt(100)薄膜の作製が可能になり、強磁性の発現を観測することに成功している。その磁性の詳細の解析は進行中であるが、これまでPd で行って来た実験をPtに置き換えて実行することが可能な状況にある。Ptでは磁化のみでなく磁気異方性に関しても外場による制御は可能であると考えられるとともに、放射光を用いたXMCD実験の感度が高いことから、量子井戸の形成と磁性の関係の詳細を明らかにできる状況が整った。さらに、強磁性を示すPtを用いたスピントロニクスに関連した実験も遂行できることから、量子井戸に起因する磁性の応用が広範な立場から提案できるものと期待される。
これらの結果を踏まえて応用へ展開する点に関しては、多少進捗の遅れがあるが、研究はおおむね順調に進展しているものと評価される。
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| Strategy for Future Research Activity |
(100)Pt超薄膜の磁化と磁気異方性の膜厚依存性を調べる。放射光を用いた磁気円二色性の測定を行い、Ptの強磁性に対するスピンと軌道成分の寄与を評価し、強磁性発現の起源の解明を目指す。Ptのスピン軌道相互作用の影響を評価するために、異常ホール効果測定を行い、(100)Pt 超薄膜のスピントロニクス応用の可能性を検討する。
Ptに関する研究とPd超薄膜の磁性に関する知見を基に、Pd, Ptおよびこれらと接合した強磁性Fe層の磁化および磁気異方性の外場による制御の実現を目指す。
BTO基板上にSTO層を挟んでPd(100)を堆積させて、BTOに電場を印加することで歪みを制御してPdの磁化変化の電気的制御を目指す。電子構造計算により歪みに起因する磁化変化を詳細に検討する。また、Pt(100)に対しても同様の測定を行い、歪みに伴う磁化変化に加えて磁気異方性変化の評価を行うことで電気的手法を用いたPtの磁化と磁気異方性の制御を目指す。
(100)Pd/Fe2層膜におけるPdの膜厚変化に依存した量子井戸変調に伴う振動的なFe層の磁気異方性の変化が観測され、放射光を用いたX線吸収とX線磁気円二色性の測定を行うことでその起源を検討してきたが、電子構造計算を用いてこの結果の詳細な理解を進める。また、電圧印加を用いてPdの量子井戸の形成状態を変化させ、Fe層の磁気異方性の制御を目指す。
半導体化させた酸素欠陥導入STO基板と(100)Pdの間にショットキー接合を形成し、電圧印加によりショットキー障壁を変調させることで磁化が電圧に対して周期的に変化する。同様の測定を異なる膜厚のPd層に対しても行い、この周期的変化の発生要因を特定する。
これらの結果を基にして、PdとPtに形成される量子井戸に基づく磁性制御を用いた応用展開を検討する。
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Research Products
(14 results)
