2017 Fiscal Year Research-status Report
Magnetic anisotropy control by coherency strains in element-added magnetite thin films
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17K06806
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| Research Institution | Research Institute for Electromagnetic Materials |
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Principal Investigator |
渡邉 雅人 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (40249975)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 世嗣 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (20202666)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マグネタイト / エピタキシャル成長 / 整合歪み / 磁気異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネタイトは砂鉄の一成分でレアメタルフリーのユビキタス磁性材料であるが，第一原理計算を用いた理論的検討によると，１～2%程度の格子歪み導入によりネオジ鉄磁石と同等の1.0e+7erg/ccオーダーの磁気異方性の誘起が予想され，超高密度磁気記録媒体あるいは垂直磁化型MRAMなどへの応用可能性も有するため，本研究ではエピタキシャル成長に伴う整合歪み導入による一軸磁気異方性誘起の可能性について検討を行っている．
マグネタイト層に整合歪みを有効に導入させるためには構造的制御が重要となるが，平成29年度は研究計画にあるようにスパッタ法によってミスフィットが0.3％と小さなMgO(100)基板上へ300～800℃の基板温度での成長を試みた．高精度X線回折から，Cube-on-Cubeのエピタキシャル関係を持つことが確認された．結晶性の指標となるロッキングカーブ半値幅はスパッタガス圧に依存するが，800℃の基板温度では50~350arcsecの範囲に収まり，化合物半導体のエピタキシャル薄膜と同等の結晶性であることが確認された．飽和磁化の値もガス圧に依存し，10mTorr以上の高ガス圧の場合にバルクと同等の6kGの値が得られた．酸素組成のわずかなずれの影響が大きいVerwey転移も，バルク値に近い磁化が得られた高ガス圧の場合に120K付近において明瞭に観測された．内部転換電子メスバウアー分光法による空孔パラメータの評価から，ガス圧低下による磁化の低下およびVerwey転移の消失は酸素組成の化学量論比からのずれによるものと考えられる．
現在までのところ本研究が目的とする磁気異方性の増大は，MgO(100)基板上のエピタキシャル膜の磁化測定からは確認できないため，今後よりミスフィットの大きな単結晶基板上でより界面制御された成長を試みる必要があると考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要に示したように,平成２９年度は基板界面でのミスフィット0.3%と比較的小さなMgO(100)基板上へのエピタキシャル成長を試み，マグネタイト層の構造（XRD，TEM），磁性（VSM, SQUID, CEMS），伝導特性(低温での抵抗温度変化)など各種物性について検討を行った．その結果，マグネタイト本来の磁化値とVerwey転移が観測され，構造および鉄酸素組成比の制御もなされていると考えている．
ただし高基板温度では界面で基板成分のMgの拡散が大きいことが確認され，これが界面での整合歪み緩和をもたらし，整合歪みによる磁気異方性発現を妨げていると思われる．そのため現在，SrTiO3(100), MgAl2O4(100)など界面拡散の影響が小さいと考えられ，よりミスフィットの大きな他の単結晶基板上での成長の検討を始めている．また，基板への成長初期の制御のため，高速反射電子線回折RHEEDによるモニターの必要性も考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
申請時の研究計画では，MgO(100)単結晶基板上へのマグネタイト層成長からスタートし，ミスフィット1.5%のCoOバッファ層上の成長へと移行する予定であったが，マグネタイトと同じスピネル構造を持つバッファ層あるいは基板上への成長の方がより界面での親和性がよく整合歪みも緩和しにくいのではないかと思われる．このため，MgAl2O4(100)スピネル基板，垂直磁気異方性誘起が期待されるMgIn2O4(100)バッファ層への成長を検討する予定である．
また，無添加マグネタイトだけではなく，磁歪および磁気異方性増強の効果があると期待されるコバルト添加の効果も検討する予定である．
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| Causes of Carryover |
物品費の使用が若干予定より少なかったためで、次年度の単結晶基板および薬品類購入に充てる予定である。
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Research Products
(1 results)
