2021 Fiscal Year Research-status Report
4d遷移金属超薄膜のスピン分布観察による磁性評価と強磁性発現機構の解明
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20K05316
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松山 秀生 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50374187)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スピン / 強磁性 / 超薄膜 / 走査トンネル顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の研究状況報告書の「今後の研究の推進方策」に記載の４つの項目に従って研究をを進める予定であったが、１、２を進めた段階で当初期待した結果が得られなかったので、３、４に進むことができなかった。本年度は、試料の表面清浄化装置、成膜装置、分析装置（オージェ電子分光装置など）等を搭載したSTM装置を主に用いることで、上記１、２に関して以下の結果を得た。１．前年度のSTO処理条件のAr+イオンスパッタリング（3 kV、5-10 min）と熱処理条件（1000℃、1 h）を見直すことで、テラス上に主に2種類の再構成面がパッチワーク状に形成された数十から数百nmの領域を得ることができた。ただし、表面には格子欠陥等がまだ残留していた。２．左記のSTO(100)再構成面上にPdを4、6、12 ML成膜・熱処理（650℃、45 min）を行い、320℃での蒸着でPd(100)単結晶微粒子が主に形成され、室温蒸着でPd(111)単結晶微粒子が多く形成された。形成されたPd微粒子の幾何学的形状（Pd(100)：四角錐台、Pd(111)：六角錐台）から結晶性を評価した。STO(100)再構成面をFFT解析することで、Pd微粒子の幾何学的構造とSTOの再構成面の構造にある程度の相関があることが分かった。また、膜厚4 nmのPd薄膜を形成するため、３段階成長法（１：0.8 nm のPd蒸着@320℃、２：3.2 nmのPd蒸着@室温、３：250℃での熱処理 0-15 h）でSTO(100)再構成面上に成膜した。熱処理時間を長くすると表面の凹凸は減少し、15 hで0.1 nm程度になり、粒径も3 nm程度の大きさに揃い、STOのテラス、ステップを反映した構造となる。ただし、連続膜になることはなかった。以上の成果を日本物理学会2021年秋季大会で報告した（３件）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
STMの真空ポンプ類（ターボ分子ポンプ、イオンポンプ）、試料加熱機構の故障が続き、またマニピュレーターの溶接ベローズからの真空漏れなどが重なり、実験の進捗にかなりの遅れがでてしまった。
Pd(100)超薄膜で強磁性が発現することを報告したSakuragi等は、３段階成膜法でSTO(100)上にPd薄膜を成膜した。我々グループも同様の方法でPd薄膜を成膜しているが、未だエピタキシャル膜にはなっていない。当初の予定ではPdエピタキシャル膜を得た後、楔状のPdエピタキシャル薄膜を成膜し、スピン偏極STMでスピン像観察に進む予定であったが、現在かなり遅れているため楔状のPd(100)薄膜を作製することを省き、Pd(100)単結晶薄膜を形成することに注力することにした。このためにはPd(100)単結晶微粒子（四角錐台形状）をSTO(100)再構成面上に密に形成する技術を立ち上げる技術を立ち上げる。これは「研究の実績の概要」で述べたようにSTO(100)上に四角錐台Pd(100)微粒子を多数成膜することに成功しているので、作製条件、熱処理条件を最適化することで実現可能と思われる。この技術が立ち上がれば、３段階成膜法の第１段階として使用し、エピタキシャル膜につなげることが可能になる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は、以下の実験を進めていく予定である。
１．Nb0.05%STO(100)を用い電子衝撃加熱法を用いて処理を行ってきたが、Nb0.5%ドープSTO(100)と通電加熱法も用いてSTO(100)面上のSr、Ti、O原子が規則的に並んだ再構成面の領域を広げる処理条件を探索する。
２．上記 STO(001)再構成面上に数nm程度の四角錐台形状のPd(100)単結晶微粒子を形成する。これには2021年度に得られた成膜条件から出発し、成膜温度、熱処理温度などの諸条件を最適化して行く。
３．上記２のPd(100)単結晶微粒子をSTO(100)上に多数形成することができれば、これを３段階成膜法の第１段階として、Pd(100)エピタキシャル膜の完成につなげる。
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