2015 Fiscal Year Annual Research Report
スピン偏極ＳＴＭとＸＭＣＤによる窒化鉄ナノ磁性体の磁気異方性の解明
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15J10476
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 文雄 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| Keywords | 鉄窒化物 / 磁気異方性 / スピン偏極走査トンネル顕微鏡/分光法 / X線吸収/磁気円二色性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画に基づき、本年度は鉄窒化物原子層膜の作製方法の確立とその構造・電子状態について詳細な研究を行った。この試料は、原子状窒素の表面吸着、鉄蒸着およびアニーリングという3段階のプロセスをそれぞれ最適化することによって得られる。しかしながら、規則度の良い原子配列構造を表面に一様に作製しようとするとアニーリング温度を高くする必要があるため、窒化鉄が分解しやすくなってしまう。そのため、上述の作製プロセスを系統的に変化させた試料に対して、ミクロな構造と電子状態との関係を走査トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)を使ってまず明らかにした。
まず初めに、窒素打ち込み量、鉄蒸着量、アニール温度をそれぞれ最適化することで、表面構造規則度の良い鉄窒化物原子層膜を様々な被覆率で作製することに成功した。鉄窒化物島に対して行ったSTM/STS測定による詳細な電子状態測定からは、軌道により異なる波動関数の減衰長の違いを反映し、STM探針により主に検知される状態が探針-表面間距離に依存して移り変わる様子を、系統的な形状像およびSTS測定を用いて初めて実験的に明らかにした。この結果は第一原理計算により極めて良く再現され、査読付き学術論文誌Physical Review Lettersに掲載されたほか、国際学会ICM2015および日本物理学会で口頭発表を行った。
原子層鉄窒化物膜のX線吸収/磁気円二色性(XAS/XMCD)実験からは、アニール温度が低く、表面構造規則度が悪いあるいは原子欠陥が存在する場合には磁気モーメントが大きく低下してしまうことが分かり、ミクロな構造とマクロな磁性に関する重要な知見が得られた。この結果は日本物理学会で口頭発表を行ったほか、査読付き学術論文として投稿予定である。
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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
本年度の目標である規則度の良い鉄窒化物原子層膜の作製法の確立、およびその電子・磁気特性の解明を遂行することができ、順調に進捗している。詳細なSTM/STSおよびXMCD測定により予想外に重要な知見が得られ、研究の見通しも明るい。またスピン偏極STM(SP-STM)実験の前準備として、探針スパッタ・加熱用のサンプルホルダーを作製・導入し、探針先端に蒸着するための3d遷移金属の蒸着源などをヘリウム温度で測定可能な極低温STMに取り付ける作業を行った。SP-STM実験のテスト測定も行い、次年度への準備は着々と進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画にもとづき、SP-STM実験および論文執筆を進めていく。結果は適宜国際・国内学会などで発表を行っていく。
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[Journal Article] Thickness-dependent magnetic properties and strain-induced orbital magnetic moment in SrRuO3 thin films2015
Author(s)
K. Ishigami, K. Yoshimatsu, D. Toyota, M. Takizawa, T. Yoshida, G. Shibata, T. Harano, Y. Takahashi, T. Kadono, V. K. Verma, V. R. Singh, Y. Takeda, T. Okane, Y. Saitoh, H. Yamagami, T. Koide, M. Oshima, H. Kumigashira, and A. Fujimori
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 92
Pages: 1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Photoemission and x-ray absorption studies of the isostructural to Fe-based superconductors diluted magnetic semiconductor Ba1-xKx(Zn1-yMny)2As22015
Author(s)
H. Suzuki, K. Zhao, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, K. Yoshimatsu, B. J. Chen, H. Kumigashira, F.-H. Chang, H.-J. Lin, D. J. Huang, C. T. Chen, Bo Gu, S. Maekawa, Y. J. Uemura, C. Q. Jin, and A. Fujimori
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Journal Title
Physical Review B (Rapid communications)
Volume: 91
Pages: 1-5
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 鉄窒化物数原子層薄膜の磁性および電子状態2016
Author(s)
高橋文雄, 宮町俊生, Antonov Victor, 高木康多, 魚住まどか, 横山利彦, Ernst Arthur, 小森文夫
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
東北学院大学（宮城県仙台市）
Year and Date
2016-03-22 – 2016-03-22
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[Presentation] 鉄窒化物薄膜の構造と磁性2015
Author(s)
高橋文雄, 宮町俊生, 高木康多, 魚住まどか, 家永紘一郎, 河村紀一, Ernst Arthur, 横山利彦, 小森文夫
Organizer
日本物理学会2015年秋季大会
Place of Presentation
関西大学（大阪府吹田市）
Year and Date
2015-09-19 – 2015-09-19
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[Presentation] Inherent orbital-selective tunneling in a STM measurement2015
Author(s)
Y. Takahashi, K. Ienaga, N. Kawamura, T. Miyamachi, A. Ernst, F. Komori
Organizer
The 20th International Conference on Magnetism(ICM2015)
Place of Presentation
Palau de Congressos de Catalunya, Pl. Europa, L' Hospitalet del Llobregat, Barcelona, Spain
Year and Date
2015-07-10 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
