| 研究課題/領域番号 |
23K03937
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山原 弘靖 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (30725271)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | スピンクラスターグラス / スピングラス / 秩序度 / エピタキシャル薄膜成長 / 磁性材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スピングラス（クラスターグラス）はランダムな磁気相互作用の競合（フラストレーション）によって低温でスピンが凍結した状態を取る物質である。光誘起磁性やエージングメモリ効果の特徴的な記憶性質を示し、脳型記憶素子の応用に向けて精力的な研究が為されている。本研究では高温スピングラスの実現と脳型記憶素子応用を目的とし、スピングラスの核心であるランダムネス（無秩序）の制御に焦点を当てる。従来の磁性元素の自然拡散による無秩序に対して、エピタキシャル薄膜成長技術を駆使することにより秩序度エンジニアリングを実現し、新規高温スピンクラスターグラスを創造する。
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| 研究実績の概要 |
スピングラスはランダムな磁気相互作用の競合によって低温でスピンが凍結した状態を取る物質である。光誘起磁性やエージングメモリ効果の特徴的な記憶性質を示し、脳型記憶素子の応用に向けて精力的な研究が為されている。本研究では高温スピングラスの実現と脳型記憶素子応用を目的とし、スピングラスの核心であるランダムネス（無秩序）の制御に焦点を当てる。従来の磁性元素の自然拡散による無秩序に対して、エピタキシャル薄膜成長技術を駆使することにより秩序度エンジニアリングを実現し、新規高温スピンクラスターグラスを創造することを目的とする。
エピタキシャル歪みによる構造制御として、これまでにバルクでは立方晶の希土類鉄ガーネット（R3Fe5O12, RIG）に対して、基板と薄膜の格子不整合を調整することで薄膜に圧縮歪みを加えた結果、コヒーレントに歪んだ正方晶と格子緩和した立方晶の間の臨界膜厚付近に段階的に格子緩和する傾斜歪み構造の作製に成功している。圧縮歪みに加えて、引張歪みによる磁気効果を明らかにするため、圧縮歪み系SmIG/GGG（格子不整合f=1.2%）及び引張歪み系LuIG/SGGG（f=－1.8%）における磁気構造解析をX線磁気円二色性分光（XMCD）により実施した。XMCDスペクトルの膜厚変化を系統的に計測し、sumルールによりスピン・軌道モーメントを算出した。その結果、圧縮歪み系・引張歪み系ともに転位の発生が予想される臨界膜厚付近において、軌道モーメントの存在が示唆された。磁性に寄与するFe3+イオンにおいてd5軌道はhalf-filledとなり、バルクでは結晶対称性により軌道モーメントが消失する。本研究で観測された軌道モーメントの存在は、格子歪みによる結晶対称性の低下により軌道磁気モーメントのクエンチが解けた結果と考えられ、格子歪み・傾斜歪みによる磁気効果が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
格子歪みと磁気特性の相関について振動試料型磁力計（VSM）や量子干渉磁束計（SQUID, MPMS）による磁性測定に加え、大型放射光施設（SPring-8）でのXMCD測定を様々な膜厚試料に対して系統的に評価することにより、格子歪みによる磁気異方性や結晶対称性の破れによる軌道磁気モーメントの存在が明らかになっている。さらに、従来の磁性元素の自然拡散によるスピングラス挙動についても、理論計算に基づいた物質設計により作製した試料において、室温を超えるスピングラス挙動が示唆されており、高温スピングラスの実現が期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
理論計算に基づいた物質設計により作製したスピングラス試料に関して、予備実験で作製した試料において室温を超えるスピングラス挙動が示唆されている。置換元素の最適化によってスピン凍結温度の高温化を進めるとともに、理論計算との整合性を検証する。また、秩序度制御として多層膜の作成と磁性評価を進めている。
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