2013 Fiscal Year Research-status Report
レーザー蒸着法による岩塩型窒化鉄の合成と磁気構造の研究
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25410075
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山田 康洋 東京理科大学, 理学部, 教授 (20251407)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 窒化鉄 / レーザー蒸着 / メスバウアー分光法 / 薄膜 / 磁性 |
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| Research Abstract |
窒素雰囲気下で鉄をレーザー蒸着することによって、岩塩型構造をもつ窒化鉄（γ'''-FeN）を生成することを目指して研究を開始した。この目的を達成するためには蒸着基板（アルミニウム）を高温にする必要があり、真空装置を改造して高温装置を設置した。セラミックヒーターによる加熱を行ったが、当初の設計ではヒーターや周辺絶縁材からの脱ガスが多く、窒化鉄の他に酸化鉄が生成する傾向が見られた。酸素の影響を除去するために、ヒーターや周辺絶縁材の材質と形状を見直し、加熱装置を改良することによって酸化鉄生成の影響をほぼ排除することに成功した。現状では773 Kまで基板温度を上げて窒化鉄薄膜を生成することに成功している。これまでに行ってきた500 K程度の加熱ではγ'''-FeNの他にγ''-FeN（閃亜鉛鉱型）が混在する傾向が見られ、より高温にすることで純度の高いγ'''-FeNが得られることを期待したが、γ''-FeN混在量の減少はみられるものの、純粋なγ'''-FeNの生成には成功していない。
得られたγ'''-FeNを低温(7 K)でメスバウアースペクトルを測定すると反磁性の磁気分裂成分（30 T）が現れる。500 K程度で生成した窒化鉄薄膜には50 T程度の大きな内部磁場を持つ成分が現れ、これはγ'''-FeNの格子欠陥によるものであると帰属できる。一方、773 Kで生成した窒化鉄にはこの格子欠陥による磁気分裂は現れず、格子欠陥はみられなかった。このため、高温で生成するとγ'''-FeNの格子欠陥は除去されるものの、不純物であるγ''-FeNは除去できないことが明らかとなった。
得られた窒化鉄薄膜をさらに加熱してアニーリングするためのイメージ炉を整備した。
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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
今年度は蒸着装置の改造が大きな目的であったため、これに関しては予定通り完了している。生成したγ'''-FeNの格子欠陥に関して、高温にすることによって除去できることを示すことができ、これに関しても予定通りである。しかし一方で、高温にしてもγ''-FeN（閃亜鉛鉱型）の混在は完全には除去できておらず、予想していなかった問題点も明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
純度の高いγ'''-FeNを生成するためには、基板温度の制御だけでなく、窒素雰囲気の圧力や流量を見直す必要があり、今後はこれらの生成条件についても再度見直すことによって、純粋なγ'''-FeN薄膜の生成ができると考える。また、生成法だけでなく、この新しい窒化鉄の磁性をメスバウアー分光スペクトルの温度依存性によって詳細に調べる。さらに、薄膜生成後に加熱を行い、相変化の測定も行う。
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