電界イオン-磁気力顕微鏡(F1-MFM)の開発とその表面磁性への応用

1993 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 03402006
• 研究種目: 一般研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 固体物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 桜井 利夫 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20143539)
• 研究分担者: DONGーRYUL Je 東北大学, 金属材料研究所, 学振外国人特別研究員 ; 渡辺 洋右 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00167181) ; 王 向東 東北大学, 金属材料研究所, 助手 ; 宝野 和博 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60229151) ; 橋詰 富博 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70198662) ; WANG Xiang-don Institute for Materials Research, Tohoku University, Research Associate ; JEON Dong-ryul Institute for Materials Research, Tohoku University, JSPS post doc fellow
• 研究期間 (年度): 1991 – 1993
• キーワード: 走査トンネル顕微鏡 / 磁気力顕微鏡 / 電界イオン顕微鏡 / アトムプローブ / 表面磁性

研究概要

本研究では原子分解能を有する顕微鏡である走査トンネル顕微鏡(STM)を基にした磁気力顕微鏡(MFM)に、その探針評価用の電界イオン顕微鏡(FIM)を複合した装置を設計開発し、それを用いて表面磁性に関する研究を行った。また、MFMではその探針の性質が重要であるが、その原子レベルでの元素分布評価をアトムプローブ電界イオン顕微鏡を用いて行った。
1. FIMによる探針制御機能を備えた高性能FI-STMの開発
探針評価用のFIMを備えた高精度のSTM装置を開発した。金属表面のSTM像観察を行ってその原子分解能を確認することができた。さらにその上での吸着現象の研究も行った。
2. Mn/Cu(001)系における表面磁性の研究
表面磁性に関する研究は物理的観点から注目されているが、原子構造との関連についてはその理解が乏しい。ここではSTMを用いてその原子構造と磁気的性質との関連を探ろうと試みた。
STM像観察より、まず0.1モノレーヤーほどの吸着量ではMn原子はクラスターを形成することが判明した。ある膜厚を越えるとMn吸着原子が基板のCu原子と入れ替わりc(2x2)相を形成し始め、0.5モノレーヤーで表面全体を覆う。c(2x2)構造での起伏度を見るとLEEDの解析から予想される値よりはかなり小さく、これからMn原子が強磁性的配列によりMn原子の位置が突き出ているとするLEEDの結果はあたらないことが明らかになった。
3. FIMおよびアトムプローブ法によるMFM用探針の評価
MFMの開発においては探針のスピン状態・磁気構造を評価することが不可欠である。その目的のために磁性材料探針のアトムプローブ法による元素分析を行い、ナノスケールでの磁気ドメインの分布等について研究を行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Hono et al.: "Atom probe compositional analysis of Co-Cr sputtered films" Appl.Phys.Lett.62. 2504-2506 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Hono et al.: "Pre-precipitate clustering in an aged Al-Cu-Mg-Ag alloy" Scripta Metall.Mater.30. 695-700 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Hono and T.Sakurai: "Atom probe studies of nanostructured alloys" Appl.Surf.Sci.87/88. 166-178 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Okano et al.: "Giant magnetoresistance in bulk Cr-Fe heterogeneous alloys" J.Appl.Phys.77. 1686-1688 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.P.Noh et al.: "Structure of the Mu-induced Cu(100)-e(2×2) surface" Phys.Rev.B. 50. 2735-2738 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Hashizume et al.: "Determination of the surface structures of GaAs(001)phase" Phys.Rev.B. 51. 7571-7583 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 桜井利夫 他: "実験化学講座" 日本化学会.丸善, 12 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 桜井利夫 他: "物理学最前線29巻" 共立出版, 93 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Hono, A.Inoue, and T.Sakurai: "Atom probe analysis of Fe73.5Si13.5B8Nb3Cu1 nanocrystalline soft magnetic materials" Appl.Phys.Lett.58. 2180-2182 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hono, A.Chiba, T.Sakurai, S.Hanada: "Determination of site occupation probalility of Cu in Ni3Al by APFIM" Acta Metall.Mater.40. 419-425 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hono, K.Hiraga, Q.Wang, A.Inoue and T.Sakurai: "The microstructure evolution of Fe73.5Si13.5B8Nb3Cu1 nanocrystalline soft magnetic material" Acta Metall.Mater.40. 2137-2147 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hono, S.S.Babu, K.Hiraga, R.Okano and T.Sakurai: "Early stage of phase decomposition of Al-7.8at.%Li alloy studied by APFIM and HRTEM" Acta Metall.Mater.40. 3027-3034 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hono, N.Sano, S.S.Babu, R.Okano and T.Sakurai: "Atom probe study of the precipitation process in Al-Cu-Mg-Ag alloys" Acta Metall.Mater.41. 829-835 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hono, S.S.Babu, Y.Maeda, N.Hasegawa and T.Sakurai: "Atom probe compositional analysis of Co-Cr sputtered magnetic thin films" Appl.Phys.Lett.62. 2504-2506 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hono, Y.Maeda, K.Yeh and T.Sakurai: "Three dimensional atom probe analysis of Co-Cr magnetic thin films" Appl.Phys.Lett.66. 1686-1688 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.P.Ringer, K.Hono, I.J.Polmear and T.Sakurai: "Clustering and precipitation during the early stages of aging in Al-Cu-Mg (-Ag) alloys" Acta Mater.44. 1883-1898 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Zhang, K.Hono, A.Inoue, A.Makino and T.Sakurai: "Nanocrystalline structural evolution in Fe-Zr-B soft magnetic material" Acta Mater.44. 1497-1510 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.Jeon, T.Hashizume, T.Sakurai and R.F.Willis: "Structure and electronic properties of highly ordered single and multi layer of Na on the Si (111) surface" Phys.Rev.Lett.69. 1419-1422 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] X.D.Wang, T.Hashizume, H.Shinohara, Y.Saito, Y.Nishina and T.Sakurai: "Adsorption of C_<60> and C_<84> on the Si (100) 2x1 Surface Studied by the Scanning Tunneling Microscope" Phys.Rev.B47. 15923-15930 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hashizume, K.Motai, X.D.Wang, H.Shinohara, Y.Saito, K.Ohno, Y.Kawazoe, Y.Nishina, H.W.Pickering and T.Sakurai: "Intramolecular Structures of C_<60> molecules Adsorbed on the Cu (111) 1x1 Surface" Phys.Rev.Lett.71. 2959-2962 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] X.D.Wang, T.Hashizume, Q.K.Xue, H.Shinohara, Y.Saito, Y.Nishina, and T.Sakurai: "STM Study of the Solid Phase Pure S_<C2>C_<84> Metallofullerene" Phys.Rev.B48. 15492 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Zhou, Q.-K.Xue, H.Chaya, T.Hashizume and T.Sakurai: "Surface Ordering of the MBE Grown GaAs (001) -2x4-As Reconstruction" Appl.Phys.Lett.64. 583-585 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hashizume, Q.K.Xue, H.Chaya, T.Hashizume and T.Sakurai: "Structure of As-rich GaAs (001) - (2x4) and c (4x4) reconstructions" Phys.Rev.Lett.73. 2208-2211 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.P.Noh, T.Hashizume, D.Jeon, Y.Kuk, H.W.Pickering and T.Sakurai: "Structure of the Mn-Induced Cu (100) -c (2x2) Surface" Phys.Rev.B50. 2735-2738 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hashizume, Q.K.Xue, A.Ichimiya and T.Sakurai: "Determination of the Surface Structures of the GaAs (001) 2x4 As-rich Phase" Phys.Rev.B51. 4200-4212 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W.S.Yang, X.-D.Wang, K.Cho, J.Kishimoto, T.Hashizume and T.Sakurai: "Superstructures of the Pb/Ge (001) System" Phys.Rev.B51. 7571-7583 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Q.K.Xue, T.Hashizume, J.M.Zhou, T.Sakata, T.Ohno, and T.Sakurai: "Structures of the Ga-rich 4x2 and 4x6 Reconstructions of the GaAs (001) Surface" Phys.Rev.Lett.74. 3177-3180 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より