2015 Fiscal Year Research-status Report
非ハーフメタルヘテロ構造が自発的にハーフメタルトンネル接合となる界面新物質の創成
| Project/Area Number |
15K04670
|
|---|
| Research Institution | Kinki University |
|---|
Principal Investigator |
西川 博昭 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (50309267)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 展幸 日本大学, 理工学部, 准教授 (20328686)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 界面電荷移動 / 2次元的磁性金属相 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、室温において巨大なトンネル磁気抵抗効果を示すハーフメタルトンネル接合の実現を念頭に、研究代表者らが初めて発見したLaTiO3(LTO)/LaFeO3(LFO)ヘテロ界面における電荷移動に伴う電子状態密度(DOS)変化を利用し、非ハーフメタルヘテロ構造が自発的にハーフメタルトンネル接合となる界面新物質を創成することを目的としている。平成27年度は主としてLTO/LFOヘテロ界面の電気特性理解に注力した。
LTOおよびLFOの積層ユニットセル数をパラメタとしてLTO/LFO超格子をSrTiO3(100)単結晶（STO）基板上に作製し、その電気特性を測定した。その結果、LTOとLFOがともに絶縁体であるにもかかわらずLTO/LFO超格子は金属的な電気伝導性を示した。ただし、その電気伝導性はLTO/LFOヘテロ界面の数に依存した系統的な変化を示さず、STO基板上に作製したLFO単層薄膜と同様の結果であった。このことは、得られた金属的電気特性はLTO/LFOヘテロ界面に由来するのではなく、LFOと基板であるSTOのヘテロ界面ただ1層によって発現していることを示している。LFO/STOヘテロ界面が金属的電気伝導を示すことはこれまで報告されておらず、Feのスピンを利用した新たな2次元的磁性金属相の創成が期待できる結果を得た。
平成28年度以降は、LTO/LFOヘテロ界面の金属化について引き続き検討するとともに、LFO/STOヘテロ界面の磁気特性および電気／磁気特性の相互作用についてより詳しく調べる。また、平成27年度の予算にて導入し、試運転を行った「可搬式試料交換機構」を用い、研究代表者の所属する近畿大学生物理工学部で作製した試料を、大気に暴露することなく研究分担者の所属する日本大学理工学部に移送し、DOS測定・評価を本格的に開始する。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画において、平成27年度の目標は大きく分けると①LTO/LFOヘテロ界面の電子物性理解、②可搬式試料交換機構の完成、の2つであった。
①については、「研究実績の概要」に述べた通り、LTO/LFOヘテロ界面の電気特性を詳しく調べており、概ね当初の目的は達成できているという状況と考えている。LTO/LFOヘテロ界面では、LTOからLFOへの電子移動は実現できているにもかかわらず、LTO/LFOヘテロ界面そのものは金属的電気伝導を示さないという結果が得られたが、これはLFOに導入されたキャリアの挙動を調べるという、本研究が対象としている物質系における新たな物性科学的課題を得たともいえる。また、LFO/STOヘテロ界面が新奇な2次元的磁性金属相となる可能性を見出しており、本研究の重要な成果と考えている。
これに対して②についてはやや進捗が遅れていると考えている。近畿大学生物理工学部の所在地である和歌山県紀の川市から日本大学理工学部の所在地である千葉県船橋市まで、実際に試料を大気に暴露することなく移送することで、可搬式試料交換機構の試運転を実施した。しかしながら日本大学理工学部に到着したときには可搬式試料交換機構の真空度が2桁程度悪化しており、このままでは大気に暴露することなく試料を移送するという、本機器の目的は十分達成できない可能性が危惧される。この問題が発生したために、平成27年度の進捗状況は「やや遅れている」と判断した。平成28年度は可搬式試料交換機構を良好に稼働させられるよう、真空を保って移送するのではなく、清浄な超高純度ヘリウム雰囲気下で試料を移送するよう、機器の構成を一部変更して試運転を繰り返すとともに、清浄な表面を保った試料のDOS測定を進めたい。
|
| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」に記載した通り、LTO/LFOヘテロ界面においてLFOに導入されたキャリアの挙動を、電気・磁気特性の測定結果より調べることを行う。また、同じくLFO/STOヘテロ界面についても電気・磁気特性を詳しく調べ、新奇な2次元的磁性金属相創成の可能性について検討する。LTO/LFOヘテロ界面が金属的電気特性を示さない場合は、研究計画調書に記載の通り研究対象としてLTO/LMO（LMO : M = Cr, Mn, Co）ヘテロ界面を候補に加えることも検討する。
可搬式試料交換機構を良好に動作させることも平成28年度の重要な課題となる。「現在までの進捗状況」に述べた通り、当初考えていた真空中での試料搬送を計画変更し、超高純度ヘリウム雰囲気下での試料搬送を試みる。これを実施するためには、真空中、すなわち減圧下で用いていた試料交換室をヘリウム加圧下で使用可能な試料交換室に交換する必要がある。特注品で価格30万円程度を見込んでいる。
|
