| 研究概要 |
本研究では、Bi_2O_3-Fe_2O_3-PbTiO_3三元系スパッタ薄膜を用いて電気磁気効果[(EM)_H-効果]の一種である磁界による誘電率変化(magnetocapacitance効果)のメカニズムを明らかにし、その逆効果である電界印加による磁化および磁気光学特性の変化の検出を目的としている。
試料である薄膜コンデンサは下地基板にSiを用いたためMIS構造による空乏層が形成され,空乏層容量が直流バイアスによって変化するために、スパッタ膜の真の誘電特性や、磁界による誘電率の測定値にも影響を与えていたが、比抵抗の極めて小さい高不純物濃度のn^+-Siウエハーを用いることで空乏層の幅を極力縮小し、MIS構造の影響を除去することに成功した。そして、磁性膜を挿入誘電体とする平行平板型コンデンサを形成し、その誘電特性や磁界による誘電率変化を正確に測定した。
この試料を用いて,電気磁気効果の発現機構の解明することを目的に,交流ブリッジや新規に購入した2位相型オートフェイズデジタルロックインアンプを用いて、磁界による誘電率変化Δε_r'(H)の周波数依存性と温度特性を詳細に測定した。磁化曲線と飽和磁化の温度特性から,Δε_r'(H)ヒステリシス曲線が飽和磁化や保磁力の温度変化を反映しており,磁界による誘電率変化が磁気特性と強い相関をもつことを明確にすることができた。更に、液体窒素で冷却した-165℃において、Δε_r'(H)が10kHz以上の高周波側で急激に減少し、磁界による誘電損失変化Δε_r"(H)が極大となり、一種の緩和現象が生じていることが分かった。
次に、電界による磁化変化を検出する方法として、電界印加時のファラデースペクトルの測定を検討した。同測定用の試料として、ITO透明電極を用い耐熱ガラス基板上にBi_2O_3-Fe_2O_3-PbTiO_3系薄膜/ITOの3層構造を形成したが、磁性膜の熱処理の段階で微細なクラックが発生し、上下のITO膜の導通を防ぐことができなかった。そこで試料の形状を透過型から反射型に変更し、高不純物濃度のn^+-Siウエハー上に磁性膜をスパッタして熱処理を施したのちITO膜を形成した。今後、電界印加による磁化変化の検出を行うとともに、電界駆動型磁気光学デバイスへの応用を目指した研究を継続する所存である。
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