2013 Fiscal Year Research-status Report
４ｄ遷移金属超薄膜・ナノ粒子のスピン偏極表面準位と強磁性発現機構の解明
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25390080
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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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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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | Pd(001)薄膜 / 表面準位 / エピタキシャル成長 / STS |
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| Research Abstract |
初年度は、現有の試料成長室・STM観察室を備えた超高真空STM/MBE装置を用い、
「MBE法を用いた高品質なPd(001)超薄膜作製と表面ナノ構造の評価・スピン偏極表面準位の検証」について研究を行った。
具体的には、MgO(001)上にMBE法によってAu(001)-(5×28）清浄表面を作成し、Au(001)清浄表面上にPd（1-4ML）をa)室温蒸着・b) 室温蒸着後200度熱処理した超薄膜についてLEEDとSTMを用いて表面ナノ構造の評価を行った。
室温蒸着および熱処理後のPd薄膜のLEED像は４回対象のp(1×1)構造を示し、fcc Pd(001)薄膜がAu(001)表面に対してエピタキシャル成長していることが分かった。観測されたLEED像からPd(001)表面の格子定数を求めた結果、その値はAu(001)の格子定数とほぼ等しくPd(001)薄膜はtensileストレスを受け、格子が約4％引き伸ばされていることがわかった。室温蒸着および熱処理後のPd薄膜の表面モフォロジーをSTMで観察した結果、両者に大きな差が観測された。
室温蒸着の場合、Pdは島状成長し、長手方向を<110>方向とする細長い島が数多く観測された。しかし200度熱処理後の試料では、原子レベルで平坦なテラスが形成される。典型的テラス幅は50nm以上あり、ステップの方位も<110>方向である。すなわち室温蒸着後200度の熱処理によって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Pd(001)薄膜が形成されることが分かった。これらの試料について室温でSTS(dI/dVスペクトル)測定を行った結果、室温蒸着の試料には特徴は観測されないが、熱処理後Pd膜厚４MLのdI/dVスペクトルでは0.25eVに明瞭なピークを観察した。これらPd(001)表面の表面準位に対応すると考えられる。
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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
H25年度の当初の計画は、MBE法によって清浄表面を有する高品質Pd(001)薄膜作製とそのSTS(dI/dVスペクトル)測定であった。
具体的には、Au(001)清浄表面上にMBE法を用いて蒸着速度・蒸着量・熱処理温度等を変化させてPd(001)薄膜を作成した結果、室温蒸着後200度の熱処理によって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Pd(001)薄膜を作成することができた。Pd(001)清浄表面の局所状態密度を微分コンダクタンス（dI/dV）によって評価した結果、熱処理後Pd膜厚４MLのdI/dVスペクトルでは0.25eVに明瞭なピークを観察した。以上の点は当初の計画していた実験を行うことにより得られた成果である。
しかしスピン偏極表面準位の検証についてはまだ不十分であり、次年度以降に推進したい。また形状構造とスピン偏極表面準位（状態密度）のPd膜厚依存性についてはまだ十分な測定を行うことができなかった。これらの点は今後の課題としたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験でPd(001)薄膜が強磁性を示す可能性があるため、第一段階として1-20MLまでのPd(001)薄膜を作成し、室温での磁化測定を行う。
またこれらの試料を作成する過程において、STM/STSの手法を用いることにより、形状構造とスピン偏極表面準位（状態密度）のPd膜厚依存性についても測定を行い、量子井戸準位の形成による状態密度の変化についても観測を行う。
スピン偏極STMによって表面構造・スピン偏極電子(磁化)状態との相関をナノ領域で解明する。本研究で用いるスピン偏極STMでは、スピン偏極表面準位を利用する。強磁性探針は、電解研磨で作製したＷ探針を超高真空下・高温(～2000℃)で加熱して清浄化後、Fe蒸着させた薄膜探針を用いる。微分コンダクタンス（dI/dV）はバイアス電圧に微小交流電圧を重畳したときのトンネル電流をロックイン検出することによって高感度に測定する。この測定をＳＴＭの走査中に行えば、試料表面の微視的な構造とスピン偏極電子状態を同時に観測することが可能である。本手法は従来の手法と比べるとPdナノ粒子・超薄膜の強磁性発現機構を微視的な観点から直接的にとらえることが可能である。強磁性を示すPd(001)については、さらに巨視的な磁化測定を行い、強磁性の確認を行う。またXMCD測定によって軌道・スピン磁気モーメントの定量的な解析についても行う。XMCD測定については分子研・東大などの共同利用施設を利用する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度物品費としては、４重極分析計１台と実験をおこなうための消耗品を購入した。また旅費については学内の予算を使用したこと、および実験装置に大きな支障がなく実験が継続したため、予想外に真空部品を購入する必要がなかったため。
次年度使用額は実験を行うための物品費や研究発表の旅費として使用する。
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Research Products
(1 results)
