2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new magnetic memory devices using nagative magnetizaion oxides
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20H02829
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
吉井 賢資 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (90354985)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 直 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00222894)
矢板 毅 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主席 (40370481)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 希土類 / 酸化物 / 負の磁性 / 誘電性 / マルチフェロイック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負の磁性を示す物質の磁気転移温度を上昇させ、結果として負の磁性の発現する温度（補償温度）を室温以上とすることを目標として試料合成を行った。まず、ペロブスカイト構造を有する希土類-クロム酸化物（RCrO3:Rは希土類）のクロムサイトに、磁気相互作用が強いと推測される鉄を一部置換した。希土類のうち7種類ほどの系で鉄の濃度を変えるなどして、1400℃付近で空気中における固相反応法により合成を行ったが、磁気転移温度の上昇は見られなかった。そこで、ペロブスカイト構造を持ち負の磁性を示す希土類-鉄酸化物や、スピネル系など他の構造を持つ酸化物の合成を行いつつ文献検索を行った。その結果、ニッケルと鉄をベースにしたスピネル酸化物を固相反応により合成したところ、磁気転移温度が室温以上となり、かつ、負の磁性を室温近傍の温度で示すものが得られた。
そこで、負の磁性の機構を探り、さらなる物質探索に資する目的で、放射光吸収分光による遷移金属イオンの価数と局所構造の測定を試みた。原子価については、ニッケルは通常見られる2+、鉄も通常の3+であった。また、局所構造測定に基づき、遷移金属イオンがスピネルの4配位サイトか、あるいは6配位サイトに存在するかなどの検討を行った。
上記の研究に加え、派生的研究として、負の磁性系と同様に希土類スピンと遷移金属スピンが逆方向を向く系の物性を調べた。鉄原子価の空間秩序化により誘電体となるYbFe2O4と関連構造を持つLu2Fe3O7に対し、低温での誘電性測定を行ったところ、鉄イオンの電荷分布がランダムに凍結した電荷グラス状態を見出した。このような状態は温度変化の履歴を記憶するなどの性質を示すため、新規素子の開発可能性も提示する。
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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
令和2年度においては、当初、期待していたペロブスカイト系クロム酸化物ではなく、スピネル構造鉄酸化物ではあるが、補償温度が室温近傍となる系を合成できた。また、X線回折法や放射光吸収分光法等、他の手法によって得られたデータの解析を行い、試料が単相であるか、局所構造や電子状態等の補助データの取得も試みた。
さらに、派生的ではあるが、Lu2Fe3O7の電荷グラス状態という新奇な状態を見出した。磁性を直接利用したものではないが、この系は270Kで磁気相転移を示すことから、電荷自由度と磁性が結合した新規メモリ素子などの応用可能性も含め、基礎・応用両面から興味深い現象を報告することができた。これらのことから、現在までの進捗状況は、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在の進捗状況」で述べたとおり、放射光吸収分光測定による局所構造の解析を行い、遷移金属イオンがスピネルの4配位サイトか、あるいは、6配位サイトに存在するかなどの検討を行った。このような局所構造が判明すれば、電子状態計算を行うことで、部分状態密度を計算し、元素置換した場合や構造を変化させた場合の状態密度の増加から、さらに磁気転移温度が上昇する系が存在しないかの検討を行う。
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Research Products
(1 results)
