2023 Fiscal Year Annual Research Report
Strain-induced magnetization switching for magnetic single crystal thin film grown on freestanding membrane
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22K18894
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関 剛斎 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40579611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩貝 純一 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (30734066)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 歪み / 磁気異方性 / 自立型メンブレン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、自立型メンブレン上に磁性薄膜を単結晶成長させることで巨大歪みが磁気異方性、磁化、交換相互作用に与える影響を明らかにし、純粋な歪みだけで誘起される磁化スイッチングの実現を目的とし、研究課題に取り組んだ。
SrTiO3基板上に水溶性Sr3Al2O6犠牲層とナノメータ厚のSrTiO3層をパルスレーザー堆積法により成長する条件を確立し、その後にSrTiO3層上に強磁性Ni金属層あるいはFe4N層をエピタキシャル成長させるための条件を明らかにした。また、種々の磁歪材料をエピタキシャル成長させるために必要となる広範な薄膜成長の知見を得る目的で、磁歪材料の一つであるFe-Ga薄膜についてMgO基板およびGaAs基板上でのエピタキシャル成長に成功し、バルクと同程度の磁歪が得られることを確認した。
自立型のLa1/3Sr1/3MnO3メンブレンを作製し、エピタキシャル歪みが磁性に与える永享を調べ、メンブレン化することにより飽和磁化および強磁性転移温度が向上するという知見を得ることに成功した。
歪みを印加しながら磁気特性を評価するための手法として、試料を曲げるための凸型モールドを設計・作製した。メンブレンを凸型モールドに固定することで、歪みを導入しながら磁化曲線を測定することに成功し、磁気異方性や磁化の値が歪みの導入によって変化するという実験結果が得られた。
Fe4Nエピタキシャル薄膜において、FeをCoあるいはMnで置換することで電子状態を連続的に変化させ、磁歪と各磁気特性の相関を系統的に調べた。その結果、元素置換により磁歪を100ppm以上大きく変調できること、さらに磁歪と磁化ダンピングの間に強い相関があることを明らかにした。このFe4N薄膜はフレキシブルなマイカ基板上に成長できることを確認しており、歪み誘起の磁化スイッチングのための強磁性材料として候補となりうることを見出した。
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