2023 Fiscal Year Annual Research Report
スピン偏極STMで探る層状反強磁性体のスピンフラストレーション
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21K04881
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| Research Institution | Osaka Kyoiku University |
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Principal Investigator |
川越 毅 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (20346224)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スピン偏極STM / 層状反強磁性薄膜 / スピンフラストレーション / らせん転位密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cr(001)薄膜ではらせん転位密度がバルクCr(001)表面の100倍以上あるため、多彩なスピンフラストレーション（SF）が観察される可能性がある。R4年度は、1.5nm-Cr(001)薄膜を、Au(001)清浄表面上に室温でCr蒸着後、520K熱処理により、原子レベルで平坦なテラスを有する高品位なエピタキシャルCr(001)薄膜作成とスピン偏極STM観察に成功した。R5年度はこの薄膜成長条件1.0nm-Cr(001)薄膜に応用し、スピン偏極ＳＴＭ像観察は超高真空下・室温でFe/W探針を用いて行った。さらに薄い高品位Cr(001)薄膜作成と磁性の観察は応用の観点からも興味あるテーマである。
形状像から、原子レベルで平坦なテラス、単原子ステップ、らせん転位が明瞭に観察された。1.5nm-Cr薄膜と比較すると、らせん転位密度がおよそ40％減少することを見出した。トンネル分光測定からスピン偏極表面準位も明瞭に観察された。磁気像では１原子層異なるごとに磁化方向が反転する層状反強磁性が1.0nmの超薄膜であっても、室温で明瞭に観察された。1.5nm-Cr薄膜では、(a)２個のらせん転位間、(b)３個のらせん転位を結ぶ領域でのSF、(c)隣接する２組のらせん転位による量子化軸が９０度回転した反強磁性磁区の形成が観測されたが、1nm-Cr薄膜では、(a)２個のらせん転位間のSFが観測された。この起源はらせん転位密度がおよそ40％減少と考えられる。1nmと膜厚を減少させても、層状反強磁性が明瞭に観察されるだけでなく、らせん転位密度が半分以下に減少し、広い領域でのSFも抑制される。この2点はCr薄膜を応用する観点からも極めて重要な知見であると考えられる。
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