Control of interfacial magnetic structure and phase transition induced by electronic structure modulation at iron thin film interface

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05261
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kawauchi Taizo 東京大学, 生産技術研究所, 技術専門職員 (80401280)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10361198)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 表面磁性 / ノンコリニア磁気構造 / 表面磁気相転移

Outline of Final Research Achievements

At the surface and interface of a material, discontinuity exists in the continuity of the atomic electronic states, and it is expected that the magnetic properties at the surface and interface of a magnetic material will exhibit magnetic structures and magnetic phase transitions different from those in the bulk. In this study, we used a depth-resolved "cross-sectional magnetic observation method" developed by combining 57Fe Mossbauer spectroscopy with 57Fe isotope stacking, and successfully epitaxially grown 57Fe3O4 on the surface of an iron oxide magnetite single crystal and experimentally confirmed the difference in the magnetic anisotropy and magnetic phase transition between the surface and the bulk single crystal. Furthermore, using first-principles calculations, it was found that the experimentally observed magnetic structure suggests a non-collinear magnetic structure that changes continuously from the surface to the bulk.

Free Research Field

表面界面磁性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁性体薄膜界面では、基板との相互作用の結果、磁気モーメントと交換相互作用がバルク中とは異なる。このとき，磁気構造と磁気相転移の相転移温度、臨界指数は，薄膜全体にわたって一様であると、これまで考えられてきた。近年、界面では磁気相転移温度が膜内部と異なり上昇する可能性が理論的に指摘されている。即ち、薄膜界面局在強磁性が存在する可能性が指摘されている。本研究では，鉄薄膜－誘電体接合界面を対象として、誘電体分極を活用し、磁気相転移温度、臨界指数及び磁気構造に関して、界面から膜中に向かって深さ分解測定を行うことにより、薄膜界面磁性の磁気構造及び相転移現象を解明し、更にその制御性を探索する。