2019 Fiscal Year Annual Research Report
Creation and nanoscale observation of magnetic skyrmions at large spin-orbit coupling oxide heterostructures
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18K18935
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福村 知昭 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (90333880)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡 博文 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (70374600)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 走査型プローブ顕微鏡 / 酸化物エレクトロニクス / エピタキシャル成長 / スキルミオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
EuO以外にスキルミオンを生成できそうな希土類酸化物の強磁性体探索をした結果、パルスレーザー堆積法を用いることで初めてエピタキシャル薄膜の合成に成功したNdOとPrO薄膜が新強磁性体であることがわかった。その実験の過程で、CaF2基板上に作製した希土類金属プラセオジム（Pr）薄膜は、常圧相の六方最密充填構造ではなく高圧相の面心立方構造をとり、強磁性を示すことがわかった。そこで、PLD－低温走査型トンネル顕微鏡（STM）システムを用いて、CaF2基板にPr薄膜を作製し、in-situ低温STM測定による電子状態の解明に取り組んだ。成膜時の基板温度を最適化することにより、Pr薄膜はステップフロー成長し、テラス幅の広いステップ－テラス構造をもつことがわかった。また、Pr薄膜は、微分コンダクタンススペクトルにおいてフェルミレベル近傍に大きなピークを示すことがわかった。微分コンダクタンスの2次元マッピングから、ステップや欠陥付近に電子定在波が形成されることもわかった。これらの結果は面心立方構造Pr薄膜の電子状態を特徴付けるもので、論文にまとめる予定である。
一方、昨年度PLD-STMシステムに導入した電子線蒸着器を用いて、スピン偏極STM測定に必要な強磁性体探針を作製し、すでに実績のある強磁性Coナノ構造においてスピン偏極信号の検出に取り組んだ。現在、大きなスピン偏極信号が得られるように、強磁性体探針の作製条件を最適化しており、強磁性半導体EuO薄膜を作製し、スピン偏極STMによる磁気スキルミオンの観察を行う予定である。
磁気スキルミオンを発現するヘテロエピタキシャル構造の探索も行った。EuO/LaO構造を作製した結果、磁気スキルミオンの発現を示唆するようなホール抵抗の変化は得られなかったが、シャープなヘテロ界面を反映して、スピンホール磁気抵抗の検出に成功した。
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[Presentation] Novel rare earth monoxides: fundamental properties and electronic states2020
Author(s)
K. Kaminaga, H. Shimizu, N. Abe, T. Yamamoto, D. Saito, D. Oka, D. Shiga, M. Kitamura, H. Horiba, H. Kumigashira, T. Fukumura
Organizer
The 3rd Symposium for The Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics
Int'l Joint Research
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