2022 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, 特任准教授 (50374187)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Pd / SrTiO3 / 超薄膜 / スピン偏極 / STM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．電子衝撃加熱法から通電加熱法に変更し、Pd/STOの作製を行なった。これにより10-10 mbar台の超高真空で処理を行うことが可能となり、原子レベルで平坦なSTO(100)面が得られ、Sr、Ti、O原子が規則的に並んだ局所的再構成面の領域が得ることができた。通電加熱法を使うことで、STO(100)表面の再構成面領域が電子衝撃加熱法のときより大幅に増加することはなかった。しかし、電子衝撃加熱法のときより確実に真空度がよくなるので、以後の実験を通電加熱法で進めることにした。２．上記 STO(001)清浄化処理した原子レベルで平坦なSTO(100)面上に250℃〜320℃の温度で蒸着速度0.1から0.5 nm/minでPdを蒸着し、650℃、1 hのポストアニールで、数nm程度の四角錐台形状の多数のPd(100)単結晶微粒子を形成することができた。ただし、Pd(111)なども散見され、Pd(100)のみではない。３．上記２で作製した多数のPd(100)微粒子を３段階成膜法の第１段階として、第２段階で、全膜厚の4/5を室温で蒸着し、第３段階でポストアニールを250℃から700℃の範囲で実験を行なった。ポストアニールの温度を250℃〜700℃とし、アニール時間を10 minから30 hまで変化させたが、Pdは連続膜にはならかった。ポストアニール時間を長くすると、Pd(100)微粒子が大きくなる傾向が見られた。また微粒子が大きくなると、微粒子間の隙間が広がる傾向にあった。４．当研究室で開発した２次元検出磁性探針を使用して、Fe(100)表面の磁化方向の定量検出を行なった。この磁性探針検出方向はSTM装置周りに配置した空芯コイルで試料面内任意方向に設定可能とする。以上の２と４の成果を日本物理学会2022年秋季大会で報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
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。これまでPdエピタキシャル膜を作製している慶応大グループと我々の成膜方法で、Pd膜質に大きく関わるものは慶応大グループがPd膜のポストアニール時RHEED測定を行なっていることである。慶応大グループは、RHEED装置から20 keV程度の高速電子線をSTO基板にすれすれの入射角で照射し、Pdの膜質をモニターし、ポストアニール中に蛍光板の電子線の回折パターンがストリーク状になることでPdエピタキシャル膜になっていることを確認している。３段階成膜法の開発者であるWagner等もRHEEDでPd膜質を評価を行なっている。我々はPd蒸着時膜質をリアルタイムに評価していないため、最適な条件を見つけられない可能性がある。また、20 keVの電子線照射がSTO基板上のPd微粒子をPd膜成長を助ける働きする可能性も残されている。そこで我々もRHEED装置でPd膜の評価をリアルタイムで評価する必要があると考えた。
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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．STO(100)上にPd超薄膜を成膜する装置にRHEED装置を組み込み、３段階成膜法でPd超薄膜を作製するときRHEEDにより膜質を評価と作製を同時に行う。これに作製したPd超薄膜/STO(100)の強磁性をSP-STMで評価を行う。
２．Pd(100)単結晶微粒子（四角錐台形状）をSTO(100)再構成面上に作製し、 Pd(100)微粒子表面に強磁性が発現しているかどうかを調べるため、スピン偏極STM観察を行う。
３．Cu(001)単結晶基板上にPd(001)エピタキシャル膜を作製し、SP-STMを用いてPd(001)超薄膜/STO(001)の状態密度、およびスピン偏極した状態密度の測定を行う。Kirschner等はCu(001)単結晶基板上にPd(001)エピタキシャル膜を作製することに成功している（Phys. Rev. B 73, 035429 (2006)）。しかし、これまでPd(001)超薄膜/Cu(001)の強磁性は見出されていない。Pd(001)超薄膜/Cu(001)では、Pd(001)面の表面エネルギーがCu(001)面のそれより小さいため、Cu(001)表面にPd単層膜を成膜することが可能となる
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