表面界面のスピン構造とスピン制御:第一原理計算による理論的予測

• 研究課題/領域番号: 20540334
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 中村 浩次 三重大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (70281847)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2011年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2010年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2009年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2008年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 表面界面磁性 / 第一原理計算

研究概要

表面界面のスピン構造と制御に関する理解は科学技術革新において重要な課題である。本研究では、FLAPW法を用いた第一原理計算により、i)交換バイアス強磁性/反強磁性CrSe/MnSe及びCrTe/MnTe界面におけるハーフメタル的電子構造、ii)電気磁気効果を示す有力材料としてのCr_2O_3/Pt及びFe/MgO界面の磁気構造、iii)遷移金属薄膜の結晶磁気異方性及びスピンスパイラル構造の安定性を明らかにし、iv)有限温度下における構造安定性を解析するための計算手法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural stability and electronic properties in Al_2O_3-Cr_2O_3 mixed crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: Yukie Kitaoka, Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: (連載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural stability of Mn-doped GaInAs and GaInN alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Miyake, Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: (連載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural stability and electronic properties in Al_2O_3-Cr_2O_3 mixed crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitaoka, et.al.
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural stability of Mn-doped GaInAs and GaInN alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyake, et.al.
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field-induced modification of magnetocrystalline anisotropy in transition-metal films and at metal-insulator interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.al.
  • 雑誌名: Journal of Magnetics 巻: 16 ページ: 161-163
  • 査読あり
• [雑誌論文] 外部電場下における遷移金属表面界面の結晶磁気異方性:第一原理計算による理論予測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村浩次, 他
  • 雑誌名: Journal of the Vacuum Society of Japan 巻: 54 ページ: 507-511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of an interfacial FeO layer in the electric-field-driven switching of magnetocrystalline anisotropy at the Fe/MgO interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito, M. Weinert, A. J. Freeman
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 81巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of an interfacial FeO layer in the electric-field-driven switching of magnetocrystalline anisotropy at the Fe/MgO interface (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito, M. Weinert, A. J. Freeman
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field-induced change in magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic transition-metal thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.al.
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of an interfacial FeO layer in the electric-field-driven switching of magnetocrystalline anisotropy at the Fe/MgO interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.al.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase stability of Mn-doped GaAs-InAs alloys (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.al.
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 318 ページ: 360-362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field effects on magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic Fe monolayers (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Shimabukuro, et. al.
  • 雑誌名: Physica E (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field-induced change in magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic transition-metal thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, et. al.
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant modification of the magnetocrystalline anisotropy in transition-metal monolayers by an external electric field (2009)
  • 著者名/発表者名: Kohji Nakamura, Riki Shimabukuro, Yuji Fujiwara, Toru Akiyama, Tomonori Ito, A. J. Freeman
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 102巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of spin-orbit coupling in spin-spiral structures in Fe monolayer on W(110): A first-principles noncollinear magnetism study (2009)
  • 著者名/発表者名: Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito, A. J. Freeman
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 105巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-spiral and domain wall structures in monolayer Fe/W(110) (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito
  • 雑誌名: Appl.Surf.Sci. 256 ページ: 1249-1251
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Modification of the Magnetocrystalline Anisotropy in Transition-Metal Monolayers by an External Electric Field (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, R. Shimabukuro, Y. Fujiwara, T. Akiyama, T. Ito, A. J. Freeman
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 102, No.18 ページ: 187201-187201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of spin-orbit coupling in spin-spiral structures in Fe monolayer on W(110) : A first-principles noncollinear magnetism study (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito, A. J. Freeman
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 105, No.7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant modification of the magnetocrystalline anisotropy in transition-metal monolayers by an external electric field (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, et. al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 102巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of electric field-induced magnetocrystalline anisotropy modification at Fe (001) surfaces : dipole formation mechanism (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, et. al.
  • 雑誌名: Physical Review B 80
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-spiral and domain wall structures in monolayer Fe/W (110) (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, et. al.
  • 雑誌名: Applied Surface Science 256巻 ページ: 1249-1251
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of spin-orbit coupling in spin-spiral structures in Fe monolayer on W (110) : A first-principles noncollinear magnetism study (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, et. al.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 105
  • 査読あり
• [学会発表] MgO/FeB界面における構造安定性および結晶磁気異方性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀田浩司, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 西宮市
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] スピンスパイラル構造における磁気抵抗の第一原理計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 林宏一, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 西宮市
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] Constraint density functional calculations for multiplets in ligand-fields : Application to Fe-phtalocyanine and Al2O3 : Cr^<3+> (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitaoka, et.al.
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] Magneto-optical properties of Fe thin films in an external electric field (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.al.
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2012-02-28
• [学会発表] 遷移金属表面界面の電気磁気効果と結晶磁気異方性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村浩次
  • 学会等名: 日本物理学会201年秋季大会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 遷移金属表面界面の電気磁気効果と結晶磁気異方性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村浩次
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Structural stability and electronic properties in Al_2O_3 and Cr_2O_3 mixed crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: Kitaoka, et.al.
  • 学会等名: International Conference on Materials for Advanced Technologies
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2011-06-28
• [学会発表] Structural stability of Mn-doped GaInAs and GaInN alloys (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyake, et.al.
  • 学会等名: International Conference on Materials for Advanced Technologies
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2011-06-28
• [学会発表] Structural and magnetic stability at Cr_2O_3(0001) surfaces under external electric field (2010)
  • 著者名/発表者名: Yuta Kato, Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito
  • 学会等名: International Conference of Asian Union of Magnetic Societies
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] Structural and magnetic stability at Cr_2O_3 (0001) surfaces under external electric field (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito
  • 学会等名: International Conference of Asian Union of Magnetic Societies
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] Electric field-driven modification of magnetocrystalline anisotropy in transition-metal films and metal-insulator interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito, M. Weinert, A.J. Freeman
  • 学会等名: International Conference of Asian Union of Magnetic Societies
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2010-12-06
• [学会発表] Electric field-driven modification of magnetocrystalline anisotropy in transition-metal films and metal-insulator interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.l.
  • 学会等名: International Conference of Asian Union of Magnetic Societies
  • 発表場所: Jeju, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2010-12-06
• [学会発表] Electric field-driven magnetocrystalline anisotropyswitching of surface Fe monolayer on MgO (2010)
  • 著者名/発表者名: Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito, M. Weinert, A. J. Freeman
  • 学会等名: 55th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Atlanta、USA
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Electric field-driven magnetocrystalline anisotropy switching of surface Fe monolayer on MgO (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito, M. Weinert, A.J. Freeman
  • 学会等名: The 55th Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Electric field-driven magnetocrystalline anisotropy switching of surface Fe monolayer on MgO (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.l.
  • 学会等名: 55th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Spin-spiral structures of transition-metals : Full-potential linearized augmented plane-wave study (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura et.l.
  • 学会等名: 13th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Pohang, Korea
  • 年月日: 2010-11-01
• [学会発表] Cr_2O_3表面構造の第一原理計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄大, 他
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 熊本市
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Phase stability of Mn-doped GaAs-InAs alloys (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et.l.
  • 学会等名: The 16th International Conference on Crystal Growth
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2010-08-09
• [学会発表] Cr_2O_3薄膜表面における電子構造と外部電場効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄大, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] γ-Feにおけるスピンスパイラル構造と格子歪 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中井澤友昭, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] Electric field-driven magnetocrystalline anisotropy switching of Fe/MgO : Towards full understanding from first principles (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, et. al.
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Portland
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] MgO/強磁性体/MgOサンドイッチ構造の結晶磁気異方性に対する外部電場効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島袋力, 他
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本市
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Cr_2O_3薄膜における電子構造と外部電場効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄大, 他
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本市
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Electric field-induced change in magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic transition-metal thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito, A. J. Freeman
  • 学会等名: International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Karlsruhe、Germany
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Electric field-induced change in magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic transition-metal thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, R. Shimabukuro, T. Akiyama, T. Ito, A.J. Freeman
  • 学会等名: International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Electric field-induced change in magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic transition-metal thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, et. al.
  • 学会等名: International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Karlsruhe
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Electric field effects on magnetocrystalline anisotropy in ferromagnetic Fe monolayer (2009)
  • 著者名/発表者名: 島袋力, et. al.
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-dimensional Systems
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2009-07-21
• [学会発表] 強磁性体薄膜の結晶磁気異方性に対する電場効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島袋力, 他
  • 学会等名: 日本物理学会 第64回年次大会
  • 発表場所: 東京豊島区
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] 遷移金属単原子層膜におけるスパイラル磁気構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中村浩次, 他
  • 学会等名: 日本物理学会 第64回年次大会
  • 発表場所: 東京豊島区
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Role of spin-orbit coupling in spin-spiral structures in Fe monolayer on W(110): A first-principles noncollinear magnetism study (2008)
  • 著者名/発表者名: Kohji Nakamura, Toru Akiyama, Tomonori Ito, A. J. Freeman
  • 学会等名: 53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Austin、USA
  • 年月日: 2008-11-12
• [学会発表] Role of spin-orbit coupling in spin-spiral structures in Fe monolayer on W(110) : A first-principles noncollinear magnetism study (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Akiyama, T. Ito, A. J. Freeman
  • 学会等名: 53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2008-11-12
• [学会発表] Role of spin-orbit coupling in spin-spiral structures in Fe monolayer on W(110) : . A first-principles noncollinear magnetism study (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, et. al.
  • 学会等名: 53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Austin
  • 年月日: 2008-11-12
• [学会発表] Noncollineaer magnetism in domain wall and spin-spiral structures in thin film Fe/W(110) (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, et. al.
  • 学会等名: 4th Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia
  • 発表場所: 松江市
  • 年月日: 2008-10-29
• [学会発表] Electronic and magnetic structures of thin film Co on Cr_2O_3(0001) (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Inukai, et. al.
  • 学会等名: 4th Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia
  • 発表場所: 松江市
  • 年月日: 2008-10-29
• [学会発表] スピン軌道相互作用を考慮したスパイラル磁気構造の第一原理計算 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中村浩次, 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2008年秋季大会
  • 発表場所: 盛岡市
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Cr_2O_3及びCr_2O_3/Co界面における磁気構造と外部電場効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 犬飼浩, 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2008年秋季大会
  • 発表場所: 盛岡市
  • 年月日: 2008-09-21