2014 Fiscal Year Annual Research Report
強誘電体／強磁性体界面の電子状態と構造の深さ分解分析とそれを利用した磁性の制御
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25287078
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
雨宮 健太 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (80313196)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒巻 真粧子 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (90598880)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 強磁性体 / 強誘電体 / 深さ分解分析 / 界面 / 磁性薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の研究実績は，主に以下の3点からなる。
(1) 深さ分解X線吸収分光法の高度化：昨年度に引き続き，界面の磁性を感度よく検出するための深さ分解X線吸収分光法の開発を行った。この手法は，様々な出射角のAuger電子を別々に取り込むことで，様々な検出深度を持ったX線吸収スペクトルが得られることを利用している。本課題で対象とするような埋もれた界面の観察のために，脱出深度がAuger電子の10倍以上ある蛍光X線を角度分解して取り込み，薄膜における埋もれた界面と内部の磁性を選別する手法を開発した。
(2) 界面における電子状態，結晶構造の変化と，それらの磁性への影響の解明：強誘電体が分極を起こすことによって，それと接している強磁性体にどのような電子状態，結晶状態および磁気モーメントの変化が引き起こされ，界面から内部にかけてどのように伝わっていくのかを，in-situ深さ分解X線吸収分光法によって観察した。主な測定対象としては，Fe/BaTiO3およびFeCo/BaTiO3である。
(3) 分析結果をもとにした薄膜の設計と製作：深さ分解X線吸収分光法によって得られた情報をもとに，どのような薄膜を作製すれば効率的な磁性の制御が実現できるのかを検討し，実際に設計・製作した薄膜に対して，in situで電子状態，磁気状態と結晶構造を観察した。特に，Fe/BaTiO3の界面にFe酸化物を挿入した試料を作製し，Fe酸化物の反強磁性的な性質を電界によって制御できる可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は，(1)深さ分解X線吸収分光法をはじめとする測定手法を高度化し，(2)それを用いて強誘電体／強磁性体界面における磁気的相互作用を解明するとともに，(3)得られた情報を用いて薄膜を設計し，電圧印加によって磁性を制御すること，を目的としている。以下，それぞれに対する達成度を示す。
(1)測定手法の高度化：従来利用していたAuegr電子だけでなく，Auger電子と同時に放出される蛍光X線を角度分解して取り込み，薄膜における埋もれた界面と内部の磁性を選別する手法を開発したという意味で，おおむね順調である。
(2)強誘電体／強磁性体界面における磁気的相互作用の解明：基本的な試料としてFe/BaTiO3およびFeCo/BaTiO3に対して，様々な手法による観察を進めた結果，界面におけるFe酸化物の存在，その構造の電圧による変化，などを明らかにすることができ，大きく進展した。
(3)薄膜の設計と磁性の制御：得られた情報をもとに，Fe/BaTiO3の界面に意図的にFe酸化物を挿入することを提案し，実際に試料を作製したところ，電圧による変化を観察することに成功した。これは新たな設計に基づく磁性の制御への大きな一歩である。
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| Strategy for Future Research Activity |
測定手法の開発については，ほぼ完了したので，今後はそれを用いて強誘電体／強磁性体界面における磁気的相互作用の解明を進める。特に注目するのは，誘電体の分極によって生じる界面の電子状態の変化と，誘電体の構造変化に伴う薄膜の結晶構造の変化である。これらが，界面から薄膜内部に向かってどのように変化していくのかを，深さ分解X線吸収分光法や，偏極中性子反射率法によって明らかにする。
また，こうして得られた情報をもとに，どのような薄膜を作製すれば効率的な磁性の制御が実現できるかを検討し，実際に薄膜を作製する。作製した薄膜に対してin situで電子状態，磁気状態および結晶構造を観察することで，予想通りの構造や電子状態を持った薄膜ができているかどうか，分極によってそれらが期待通りに変化しているかを確認する。さらにこの結果をフィードバックして再び薄膜の設計を行い，より効率的に磁性の制御ができる方法を提案する。
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| Causes of Carryover |
26年度は超高真空エバポレータなど，試料作製に関わる部分に多くの予算を使用したが，ホルダーの一部に既存物品を利用するなどの節約効果により，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
誘電体基板が比較的すぐに劣化することが明らかになってきたので，十分な研究を行うため，主に基板の購入に使用する予定である。
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