2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Antiferromagnetic-Ferromagnetic Phase Transition by an Electric Field Application and Non-Volatile Magnetic Memory Application
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21K04159
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
岩田 展幸 日本大学, 理工学部, 教授 (20328686)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高瀬 浩一 日本大学, 理工学部, 教授 (10297781)
清水 智弘 関西大学, システム理工学部, 教授 (80581165)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 反強磁性-強磁性相転移 / 電界制御 / 積層膜 / パルスレーザー堆積法 / 層状成長 / 不揮発性磁気メモリ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CaFeOx(CFO)の酸化度が磁気特性に与える影響は大きい。CaFeO3(CFO3)から酸素欠損を起こした場合、CFO層内にはFe3+とFe4+が混在し強磁性的性質を示す。X線反射測定結果をフィッティングして、CFO3の存在比を見積もり以下の結果を得た。300Kにおける飽和磁化の大きさから、CFO3の存在比が約50%で緩やかなピークを示したことから、CFOの強磁性的性質を示唆していることがわかった。超格子では存在比が50％以下と低い値であったのに対し、積層膜では65％以上と非常に高い値であった。積層を続けることで、CFO3からの酸素欠損が上昇することがわかった。よって、反強磁性-強磁性転移を達成するには、積層膜が最適であると示唆する結果となった。
一方、PLD成膜装置に装着されているターゲットマニピュレータの修理を行い、電気系統およびガス配管の整理・整備することで、事故を無くし操作性を改善して、連続成膜をより効率よく実施できるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本来、ターゲットマニピュレータの修理、電気系統およびガス配管の整理は3ヶ月程度で終了する予定であった。しかしながら、装置の水平性が保たれていない事が判明し、特殊フランジ作製に時間を要した。結局、全行程を完了させるために半年以上の期間を要した。そのため、成膜期間が著しく短くなったことで進捗状況が遅れることとなった。一方、操作性が向上したため、今後の進展速度に期待がもてる。
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| Strategy for Future Research Activity |
原子レベルで平坦な表面を持つ基板熱処理の詳細条件を確立する。LaAlO3、LaSrGaO4、NdGaO3、LSAT、SrTiO3等の基板表面のエッチング処理、アニール最適化条件、成膜直前アニール効果を探索する。PLD装置は、ロードロック機構および赤外線導入加熱装置(基板ヒーター)(GVH298：サーモ理工)を備えており、超高真空(雰囲気制御も可)、1200℃以上での成膜前アニールが可能である。RHEEDおよびSPMで、2次元表面像を示す電子線回折像およびステップ－テラス構造を得る。約50 nmのCaFeO3膜を成膜して、酸素欠損状態を調査する。RHEEDの反射強度振動、基本的な結晶性評価と共に、面直/面内格子定数を算出し、ピークフィットシミュレーションから酸素欠損を計算する。また、バルクと同程度の抵抗率温度変化が得られるか確認する。酸化力が足りない場合は、オゾンを用いる。最終的に、CaFeOx(x=3)において表面がステップ－テラスを示す薄膜を得る。次に、LaFeO3を層状に積層させ、膜厚が異なる試料を用いて、磁気特性を測定し、強磁性が発現する堆積ユニット数を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
PLD成膜内ターゲットマニピュレータの修理、電気系統およびガス配管の整理に時間を費やし、当初予定していた基板表面処理の最適化に対して十分な成果を出すことができなかったため、薄膜作製の一連の費用に残額が生じた。次年度、酸化物単結晶基板を購入し、最適化処理の実施を加速させる。
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