スピン偏極ＳＴＭによる磁性ナノドットの磁化反転ダイナミクスの直接観測

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26790004
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宮町 俊生 東京大学, 物性研究所, 助教 (10437361)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 走査トンネル顕微鏡 / 放射光分光

Outline of Annual Research Achievements

Fe4Nの組成比を持つ窒化鉄はバルクで室温強磁性を示し、元素戦略の観点から応用が期待されている。本研究はFe4Nナノ磁性体を作製し、その構造や電子・磁気状態を極低温走査トンネル顕微鏡(STM)や放射光X線吸収分光/X線磁気円二色性(XAS/XMCD)測定により原子スケールで解明することを目的とする。平成27年度はFe4Nナノ磁性体の電子・磁気状態の制御に重点的に取り組んだ。まず、Fe4Nナノ磁性体の構造、電子状態を極低温STMにより調べ、STM探針と試料間距離に依存してSTM形状像が変化することを明らかにし（電子軌道選択トンネル過程）、責任著者としてPhysical Review Letters誌に発表した。次に、Fe4Nナノ磁性体の磁気状態を調べるため、XAS/XMCD測定を行った。結果、薄膜形状では低温環境下（~100 K）では強い面内磁気異方性を示すことがわかった。一方、ナノ構造化するとサイズの減少に伴う磁気モーメントやキュリー温度の低下が観測された。さらに、成長条件の精密制御により原子欠陥密度を変化させてXAS/XMCD測定を行った結果、原子欠陥が磁気特性に多大な影響を与えることが明らかにした。得られた結果については8件招待講演を行い、現在論文投稿中である。最後に、Fe4Nナノ磁性体の磁気状態の制御を試みた。まず、Fe4Nナノ磁性体に強磁性(Co)および反強磁性(Cr)ナノドットを吸着させ、ナノドットとの相互作用の詳細をXAS/XMCD測定で調べた。結果、Fe4Nナノ磁性体はCo(Cr)ナノドットと強磁性的に（反強磁性的に）磁気結合し、磁気モーメントやキュリー温度の著しい増大（減少）が観測された。現在は、スピン偏極STMによる原子スケール磁気構造観察や、本年度導入した高い時間分解能を有するSTMコントローラーを用いた磁気ダイナミクスの実空間観測を行っている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MPI, Halle(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: MPI, Halle
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 1
• [Journal Article] Orbital Selectivity in Scanning Tunneling Microscopy: Distance-Dependent Tunneling Process Observed in Iron Nitride (2016)
  • Author(s): Y. Takahashi, T. Miyamachi, K. Ienaga, N. Kawamura, A. Ernst, and F. Komori
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 116 Pages: 056802 1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.056802
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 量子閉じ込め効果を示す原子層窒化銅島のポテンシャル形状 (2016)
  • Author(s): 宮町俊生, 小西優祐, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] Cu(001)上に形成された六方晶窒化鉄原子層の周期歪みと局所電子状態 (2016)
  • Author(s): 家永紘一郎, 高橋文雄, 河村紀一, 山田正道, 宮町俊生, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] STMおよびLEEDによるFe/Cu(001)基板上のMn超薄膜の研究 (2016)
  • Author(s): 中島脩平, 河村紀一, 宮町俊生, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] 鉄窒化物数原子層膜の磁性および電子状態 (2016)
  • Author(s): 高橋文雄, 宮町俊生, Antonov Victor, 高木康多, 魚住まどか, 横山利彦, Ernst Arthur, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] 窒素吸着Cu(001)表面における水素化反応の窒素被覆率依存性 (2016)
  • Author(s): 服部卓磨, 山田正理, 宮町俊生, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡と放射光を用いた原子レベルでの表面磁性研究 (2016)
  • Author(s): 宮町俊生
  • Organizer: 第11回日本表面科学会放射光表面科学研究部会・SPRUC顕微ナノ材料科学研究会合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 大型放射光施設SPring-8（兵庫県・佐用郡）
  • Year and Date: 2016-03-15
  • Invited
• [Presentation] Connecting micro and macro electronic and magnetic properties on the atomic scale (2016)
  • Author(s): 宮町俊生
  • Organizer: 分野融合研究グループ「ナノデバイス科学研究会」第２回 実用スピントロニクス新分野創成研究会
  • Place of Presentation: グランパークプラザ（東京都・港区）
  • Year and Date: 2016-03-10
  • Invited
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡と放射光による原子スケール複合表面磁性研究 (2016)
  • Author(s): 宮町俊生
  • Organizer: 広島大学 第490回 物性セミナー
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県・東広島市）
  • Year and Date: 2016-03-03
  • Invited
• [Presentation] Distant-dependent tunneling process in scanning tunneling microscopy: Orbital selectivity observed in iron nitride (2016)
  • Author(s): T. Miyamachi, Y. Takahashi, K. Ienaga, N. Kawamura, A. Ernst, and F. Komori
  • Organizer: The Symposium on Surface and Nano Science 2016 (SSNS’16)
  • Place of Presentation: 新富良野プリンスホテル（北海道・富良野市）
  • Year and Date: 2016-01-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] STM屋は放射光を使った原子スケール磁性研究 (2016)
  • Author(s): 宮町俊生
  • Organizer: 相互作用が生み出す新奇現象に関する研究会
  • Place of Presentation: 広島大学 東京オフィス（東京都・港区）
  • Year and Date: 2016-01-12
  • Invited
• [Presentation] STM and STS study of the Mn layers on Fe/Cu(001) (2015)
  • Author(s): S. Nakashima, T. Miyamachi, and F. Komori
  • Organizer: The 23rd International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM23)
  • Place of Presentation: ヒルトンニセコビレッジ（北海道・虻田郡）
  • Year and Date: 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atomic-scale characterization of iron nitride ultrathin films (2015)
  • Author(s): K. Ienaga
  • Organizer: The International Conference on Small Science (ICSS 2015)
  • Place of Presentation: Holiday Inn Resort, Phuket, Thailand
  • Year and Date: 2015-11-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Orbital selective tunneling processes observed in atomic layer iron nitride compounds (2015)
  • Author(s): T. Miyamachi, Y. Takahashi, K. Ienaga, N. Kawamura, A. Ernst, and F. Komori
  • Organizer: 10th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’15 (ALC’15)
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県・松江市）
  • Year and Date: 2015-10-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原子層窒化銅島の量子閉じ込め効果 (2015)
  • Author(s): 宮町俊生, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] 鉄窒化物薄膜の構造と磁性 (2015)
  • Author(s): 高橋文雄, 宮町俊生, 高木康多, 魚住まどか, 家永紘一郎, 河村紀一, Arthur Ernst, 横山利彦, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡によるCu(001)基板上のFe薄膜表面の構造最適化 (2015)
  • Author(s): 中島脩平, 高橋文雄, 家永紘一郎, 宮町俊生, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-18
• [Presentation] Formation of hexagonal Fe-N atomic layer on Cu (001) (2015)
  • Author(s): K. Ienaga, Y. Takahashi, N. Kawamura, M. Yamada, T. Miyamachi, and F. Komori
  • Organizer: The 31st European Conference on Surface Science (ECOSS-31)
  • Place of Presentation: Centre de Convencions Internacional de Barcelona (CCIB), Barcelona, Spain
  • Year and Date: 2015-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡と放射光による原子レベルでの複合磁性研究 (2015)
  • Author(s): 宮町俊生
  • Organizer: 第5回光科学異分野横断萌芽研究会
  • Place of Presentation: ホテル竹島（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2015-08-06
  • Invited
• [Presentation] Inherent orbital-selective tunneling in a STM measurement (2015)
  • Author(s): Y. Takahashi, K. Ienaga, N. Kawamura, T. Miyamachi, A. Ernst and F. Komori
  • Organizer: The 20th International Conference on Magnetism (ICM2015)
  • Place of Presentation: Palau de Congressos de Catalunya, Pl. Europa, L' Hospitalet del Llobregat, Barcelona, Spain
  • Year and Date: 2015-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Orbital selective tunneling process observed in monatomic layer iron nitride nanostructure (2015)
  • Author(s): T. Miyamachi
  • Organizer: The2015 EMN Istanbul Meeting
  • Place of Presentation: BEST WESTERN PLUS The President Hotel, Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 2015-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Orbital selectivity in STM: distant-dependent tunneling process observed in iron nitride (2015)
  • Author(s): T. Miyamachi
  • Organizer: NPSMP 2015: Spins at Surfaces
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所（千葉県・柏市）
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Int'l Joint Research / Invited