2014 Fiscal Year Research-status Report
ヘテロ接合界面によって可能となる磁化反転および強誘電性強磁性特性の室温電界制御
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25420295
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
岩田 展幸 日本大学, 理工学部, 准教授 (20328686)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 寛 日本大学, 理工学部, 教授 (90130632)
橋本 拓也 日本大学, 文理学部, 教授 (20212136)
高瀬 浩一 日本大学, 理工学部, 教授 (10297781)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | Cr2O3 / 電気磁気効果 / 交換バイアス磁場 / スパッタ法 / パルスレーザー堆積法 / 酸化物人工超格子 / 超高密度ターゲット / マルチフェロイック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[Pt/Co]3/Pt/Cr2O3//Al2O3(1-102)(r面)積層膜の強磁性成分[Pt/Co]交互積層膜のキュリー温度は約200Kであった。飽和磁化の大きさからCo膜厚は約0.5nmであった。表面形状と合わせて考察すると、2次元的に平坦で、厚み数nm以下の[Pt/Co]交互積層膜が成長し、Co膜厚が薄い事が原因でキュリー温度が室温以下と考えることができる。c面配向膜はカー効果の結果より数十Oeの交換バイアス磁場を確認した。LiNbO3(1-102)基板のアニール条件は非常に困難で、Liの高い蒸気圧が原因でステップ形状が針状になりやすいことがわかった。Li-Cr酸化物の混晶と考えられる異相が界面近傍に成長した。一方、斜方晶系YAlO3(001)基板上に菱面体晶系Cr2O3がエピタキシャル成長していることがわかった。グレイン間に深さ数十nmの溝が発生していたが、逆格子空間の測定結果から、それぞれのグレインは面内方向の揃った単結晶であることがわかった。
[CaFeO3(CFO) / LaFeO3(LFO)]、[CFO / BiFeO3(BFO)]、[CFO / BiFe1-xMnxO3(BFMO)]、 [CaMnO3(CMO) / BFMO]人工超格子の磁化特性を測定した。[CFO/BFO]超格子はSrTiO3(STO(110))基板上に、その他超格子はSTO(001)基板上に成長させた超格子を用いた。すべての人工超格子の飽和磁化は室温に置いてバルクの数倍となった。キュリー温度は、それぞれ、520K、620K、450K、390Kといずれも室温以上であった。
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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
強磁性/Cr2O3積層膜における強磁性層の成膜最適化、特に厚み制御が非常に難しく、基板ヒーター部の設計を見直す段階である。本研究の目的達成のためには、LiNbO3基板は不向きであることがわかった。一方で、交換バイアス磁場を積層膜にて確認し、結晶系の異なるYAlO3基板にCr2O3をエピタキシャル成長させることができた。この結果より下地電極層が作製可能であることが判明し、電界印加による磁化反転素子開発に向けて大きく進展した。ペロブスカイト系酸化物人工超格子は格子歪みを持ちながらエピタキシャル成長した。キュリー温度は室温以上で、室温における飽和磁化はバルク値の数倍であった。簡単な計算によって予想した範囲内であった。また、密度汎関数法を用いた第一原理計算では、[CFO/LFO]超格子はFeイオン一つあたり約0.22μBとなり、測定値の約2倍の範囲内で一致した。
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| Strategy for Future Research Activity |
サファイア基板上で[Pt/Co]/Cr2O3積層膜を作製し、電磁場冷却によって交換バイアス磁場が発現することを確認する。電場もしくは磁場反転により交換バイアス磁場の符号も反転することを確認する。YAlO3基板に下地電極Ca0.96Ce0.04MnO3を作製し、続けてr面配向Cr2O3薄膜を作製する。この時、Cr2O3にFeをドープし、ドープ量を変化させることで、格子整合度を1-2%以下に抑えながら溝の発生しないr面配向Cr2O3薄膜を成長させる。磁気測定およびカー効果を用いて交換バイアス磁場の挙動を観測する。また、電界印加時の磁気特性を、カー効果およびホール効果を利用して測定し、交換バイアス磁場が電界により制御できることを立証する。一方、ペロブスカイト系酸化物人工超格子においては、測定した超格子すべてにおいて、室温以上のキュリー温度を観測した。Cr2O3積層膜と同様に、電界印加時の磁気特性を、カー効果およびホール効果を利用して測定し、交換バイアス磁場の特性を観測する。また、SrTiO3(001)とは異なる面方位や格子定数の異なる基板、および超格子の積層ユニット数を変化させることで、誘起磁化の増大を試みる。実験に先駆け、最も大きな誘起磁化を発現させるたに、第一原理計算によって、人工超格子に最適な組み合わせ、超格子構造を予想する。
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| Causes of Carryover |
旅費以外はほぼすべての資金を消耗品として使用している。研究を精力的に推進するために、酸化物単結晶基板、成膜用酸素ガス、エキシマレーザー用ガス、表面形状・物性測定用探針、真空部品に主に使用している。H26年度においては、それら薄膜作製・評価に用いる消耗品を購入し計画通りに研究が進んでおり、端数として残金が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度も同様に薄膜作製・評価用の消耗品を順次購入するが、端数として残金が発生しないように、計画的に研究を推進する。
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[Presentation] BiFe1-xMnxO3擬ペロブスカイト系薄膜および人工超格子の2015
Author(s)
○稲葉 隆哲, 渡部 雄太, 大島 佳祐, 及川 貴大, 王 春, 宋 華平, 永田 知子,橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
Organizer
第62回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
東海大学 湘南キャンパス
Year and Date
2015-03-11
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[Presentation] Magnetic Properties and Crystal Structure of Ferromagnetic Metal / Cr2O3 Multilayer2014
Author(s)
T.Sumida, K.Hashimoto, T.Nakamura, Y.Hayashi, Y.Watabe, T.Nagata, K.Takase, H.Yamamoto, and N.Iwata
Organizer
第24回日本MRS年次大会
Place of Presentation
横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
Year and Date
2014-12-11
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[Presentation] First-Principles and Experimental Studies of the Crystal Structure, Electric and Magnetic Properties in the [(LaFeO3)n/(CaFeO3)m] Superlattices2014
Author(s)
*T. Oikawa, Y. Watabe, K. Oshima, T. Inaba, Huaping Song, T. Nagata, H. Yamamoto, and N. Iwata
Organizer
第24回日本MRS年次大会
Place of Presentation
横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
Year and Date
2014-12-10
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[Presentation] Fabrication and Electric / Magnetic Properties of [CaBO3/ BiFe1-xMnxO3] (B=Fe, Mn) Superlattices Grown on the SrTiO3(110) Substrates2014
Author(s)
Yuta Watabe, Takaaki Inaba, Keisuke Oshima, Takahiro Oikawa, Huaping Song, Mark Huijben, Guus Rijnders, Kouichi Takase, Hiroshi Yamamoto, Nobuyuki Iwata
Organizer
21st International Workshop on Oxide Electronics (WOE21)
Place of Presentation
The Sagamore Resort, on Lake George in Bolton Landing, NY, The United States of America
Year and Date
2014-09-30
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[Presentation] SrTiO3(110)基板上における[CaBO3/ BiFe1-xMnxO3]人工超格子(B=Fe, Mn)の作製及び電気的・磁気的性質2014
Author(s)
渡部 雄太, 及川貴大, 稲葉隆哲, 大島佳祐, Mark Huijben, Guus Rijnders, 橋本 拓也, 高瀬浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
Organizer
第75回応用物理学会秋季学術講演会
Place of Presentation
北海道大学 札幌キャンパス
Year and Date
2014-09-17
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[Presentation] Fabrication and Electric/Magnetic Properties of Perovskite-Related Superlattices2014
Author(s)
Nobuyuki Iwata, Yuta Watabe, Mark Huijben, Guus Rijnders, Takaaki Inaba, Keisuke Oshima,Kouichi Takase, Takahiro Oikawa, Takuya Hashimoto and Hiroshi Yamamoto
Organizer
International Union of Materials Research Societies - The 15th IUMRS International Coference in Asia (IUMRS-ICA2014)
Place of Presentation
Fukuoka University, Fukuoka, Japan
Year and Date
2014-08-29
Invited
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[Presentation] Fabrication and Electric/Magnetic Properties of Bi-Related Perovskite Films and Superlattices Grown by Pulsed Laser Deposition Method2014
Author(s)
Nobuyuki Iwata, Yuta Watabe, Takaaki Inaba, Keisuke Oshima, Kouichi Takase, Mark Huijben, Guus Rijnders, Takahiro Oikawa, Takuya Hashimoto and Hiroshi Yamamoto
Organizer
International Union of Materials Research Societies - The 15th IUMRS International Coference in Asia (IUMRS-ICA2014)
Place of Presentation
Fukuoka University, Fukuoka, Japan
Year and Date
2014-08-28
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