| 研究課題/領域番号 |
21H01803
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
岡 博文 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (70374600)
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| 研究分担者 |
米田 忠弘 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312234)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | スピン偏極STM / 単分子磁石 / 層間磁気結合 / TbPc2 / Coアイランド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「単分子磁石」は1つの分子で1つの磁石として振る舞うため、磁石の方向をそれぞれ「0」と「1」に対応させることにより、分子サイズのスピンメモリ・究極の高密度磁気記録を実現できる可能性があり、大きな注目を集めている。本研究は、単分子磁石がもつ磁石の方向を、基板との「層間磁気結合」を介して制御することを目的とする。スピン偏極走査トンネル顕微鏡により、分子1つ1つの磁気特性を明らかにし、狙った1つの単分子磁石の方向を反転・制御することに取り組む。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、強磁性/非磁性/強磁性の金属多層膜で用いられる「層間磁気結合」を応用することで、単分子磁石に働く磁気結合の強さの制御法を確立することである。そこで、まず磁気結合の強さを調整できる基板の作製に取り組み、その表面構造を走査トンネル顕微鏡（STM）により明らかにした。本年度は、得られた基板に単分子磁石を吸着し、その吸着構造の詳細を明らかにした。
Au(111)基板の清浄化、Coの蒸着、Auの蒸着、それぞれの項目毎にSTM観察を行った。その結果、Au(111)に特徴的なヘリンボーン構造と原子像の観察に成功し、Au(111)清浄面が得られていることを確認した。その後、Coを蒸着し、三角形状をもつ2原子層高さのCoアイランドがヘリンボーン構造の“エルボー”に周期的に形成されることを確認した。続けてAuを蒸着し、Auの蒸着量を調整することにより、Coと単分子磁石の間に挿入するAuの膜厚を調整できることを確認した。
さらに、単分子磁石TbPc2を室温で蒸着し、STM観察からTbPc2の吸着位置を明らかにした。蒸着量が少ない場合、TbPc2はAu(111)やCoアイランドのステップエッジに吸着し、蒸着量を増やすことによりテラス上にも吸着することがわかった。しかし、エルボーに形成されたCoアイランドは基本的に面積が小さく、TbPc2 / Au / Coの多層構造を得るためにはかなり多くのTbPc2を蒸着する必要があり、単分子の状態で多層構造を形成するのは難しいことが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
予定していたTbPc2 / Au / Coの磁気ヒステリシス測定による磁気特性評価まで進めることができなかったため、そのように評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、昨年度作製条件を確立した試料[TbPc2 / Au / Co / Au(111)] を用いて、単分子磁石と強磁性体との間に働く層間磁気結合について明らかにする。具体的には、以下の項目に取り組む。
1．スピン偏極STMによる磁気ヒステリシス測定
清浄化したAu(111)基板上に、Coを蒸着し、続けてAuを蒸着し、Au / Co / Au(111)基板を作製する。その基板上に単分子磁石TbPc2を蒸着する。単分子磁石TbPc2の磁気モーメントと強磁性体Coの磁化がどのように磁気結合しているのかを明らかにするため、スピン偏極STMによりTbPc2とCoそれぞれの磁気ヒステリシス測定を行う。また、磁気結合がTbPc2とCoを隔てる非磁性層Auの膜厚にどのように依存するのかを明らかにする。
2．近藤共鳴ピークの検出
Au(111)基板に吸着したTbPc2では、STS測定による微分コンダクタンススペクトルにおいて、近藤効果に起因する明瞭なピーク（近藤共鳴ピーク）の観察に成功している。一方、単分子磁石の磁気モーメントがある方向に安定に固定されている場合、そのピークは交換相互作用により2つに分裂することが予想される。そこで、Coと層間磁気結合によりTbPc2の磁気モーメントが固定されていることを検証するため、Au / Co / Au(111)基板に蒸着したTbPc2のSTS測定を行い、微分コンダクタンススペクトルに観察される近藤共鳴ピークが分裂するのかどうか明らかにする。
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