2018 Fiscal Year Research-status Report
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17K04978
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
合田 義弘 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (50506730)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 界面電気磁気結合 / スピン・軌道相互作用 / 交換相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重元素と磁性元素との相乗効果による新規物性発現の候補となる系としてbcc FeとBiFeO3 (BFO)との界面の理論解析を行った。前年度までに安定な界面構造の同定を達成し、磁気構造を電気分極の方向ごとに計算したため、当該年度では磁気構造解析をさらに精緻化した。そのためにまずは磁気異方性計算手法の改良を行った。本改良により、各原子サイトごとの異方性エネルギーの精度がさらに向上した。本手法を用いて、bcc-Fe/BFO界面のFe原子層ごとの磁気異方性エネルギーを評価した。その結果、界面近傍の3原子層において磁気異方性が非常に大きく、それよりも界面から遠いbcc Fe原子はbcc Fe単結晶と同様ほとんど磁気異方性を持たないことがわかった。この界面磁気異方性は、BFO中Biのスピン・軌道相互作用による重元素効果や、界面の空間反転対称性の破れによる構造異方性、およびBFO中Fe原子の結合状態の変化に由来するものと考えられる。さらに、bcc Feの内部では交換相互作用により各Fe原子の磁気モーメントが強固に結合しており、界面の磁気異方性がbcc Fe全体の磁気異方性に影響を与えていることを明らかにした。これは、磁気モーメントの方向を電気分極により制御するという意味で、磁気モーメントの長さの変化による従来の界面マルチフェロイクスとは質的に異なる界面電気磁気効果であり、この効果をさらに巨大化する界面構造の探索のための基礎として非常に重要である。当該年度で得られた知見により、白金族や希土類に頼らずとも界面磁気異方性を大きくできる可能性が高いことが明らかになった。
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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
空間分解した磁気異方性計算手法の改良を行い、実際の界面系に適用した。重元素と磁性元素の協奏による磁気異方性発現の新しいメカニズムを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
界面磁気異方性をさらに大きくする界面系を白金族・希土類に頼らず探索し、構造サンプリングと磁気構造同定を行う。
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