遷移金属合金クラスターの状態図と機能性

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450234
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 隅山 兼治 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70101243)
• 研究分担者: 今野 豊彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (90260447) ; 櫻井 正樹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80235225)
• キーワード: クラスター / 遷移金属合金 / プラズマ・ガス中凝集 / 状態図 / 磁性 / 電気伝導 / 電子顕微鏡組織 / 電子状態

研究概要

本研究では、「クラスターからの物質創製」をめざし、次ぎのような課題を達成したいと考えている。
1)合金クラスターの組成揺らぎと構造の安全性、状態図と電子状態の解明。
2)クラスター集合化・制御配列による特異な物性発現の可能性の探求。
本研究計画初年度の計画を通して、次ぎの点が明らかになった。
a)スパッタクラスター源に2種類の金属ターゲットを配置したプラズマ・ガス中凝集クラスター堆積装置により、合金クラスターを発生させて基板上に堆積させた。5-10nmサイズの合金クラスターにおいては、バルク合金の平衡状態図を反映した合金相が形成され、クラスター間の組成分布は、化合物形成型Co-Al合金が最も狭く、規則相形型Co-Pt金ではやや広く、非固溶型Nb-Ag合金では2山状に分布する等、合金クラスター形成に関する基礎的知見が明らかになりつつある。
b)Coクラスターにおいては、超常磁性/強磁性転移の臨界サイズが約8mmφである。
c)Co/CoOコア・シェルクラスター集合体において、トンネル型電気伝導・磁気抵抗効果、クーロンブロッケード効果が観測されたが、更に、磁気緩和現象を詳細に測定することにより、温度の1次に比例する古典的な熱活性型磁気緩和から温度に依存しない量子トンネル型緩和へのクロスオーバーが約8Kで生じることが判明した。強磁性Coと反強磁性CoOシェルの界面での強い交換磁気異方性のため、一方向異方性と共に一軸異方性が増強され、約10nmとかなり大きいコアサイズのクラスターでも8K以下で巨視的量子トンネル効果が観測できたと考えられる。
本研究のもう一つの主題であるクラスターの電子状態解明のため、担持クラスターについて光電子分光測定を行うべく準備を進めている。

研究成果

• [文献書誌] T.Hihara: "Study on Co-Cr Alloy Cluster Assembling Process by Magneto-Optical Kerr Effect"Phys. Stat. Sol. (a)172. 379-405 (1999)
• [文献書誌] S.Ymamuro: "Geometrical and Electrical Percolation in Nanometre-Sized Co-Cluster Assemblies"J. Phys. Cond. Mat.. 11. 3247-3257 (1999)
• [文献書誌] Q.Wang: "Geometry and Electronic Structure of Magic Iron Oxide Clusters"Phys. Rev.. B59. 12672-12677 (1999)
• [文献書誌] M.Sakurai: "Magic Numbers in Transition Metal (Fe, Ti, Zr, Nb, and Ta) Clusters Observed by Time-of-Fight Mass Spectrometry"J. Chem. Phys.. 111. 235-238 (1999)
• [文献書誌] D.L.Peng: "Characteristic Transport Properties of CoO-Coated Monodispersive Co Cluster Assemblies"Phys. Rev.. B60. 2093-2100 (1999)
• [文献書誌] T.Hihara: "Time-of-Flight High-Mass Spectrometer Observation of Large Size Nb Clusters toward Assembling of Size Controlled Clusters"J. Vac. Sci. Tech.. B17. 1923-19290 (1999)
• [文献書誌] 山室佐益: "Coクラスターの2次元堆積・集合化過程における電気的・磁気的パーコレーション"日本金属学会誌. 63. 1117-1120 (1999)
• [文献書誌] M.Sakurai: "Preferential Formation of Fe_<13>O_8 Clusters in a Reactive Laser Vaporization Cluster Source"J. Phys. Soc. Jpn.. 68. 3497-3499 (1999)
• [文献書誌] S.Yamamuro: "Morphological and Magnetic Characteristics of Monodispersed Co-Cluster Assemblies"J. Appl. Phys.. 86. 5726-5732 (1999)
• [文献書誌] D.L.Peng: "Enhancement of Magnetic Coercivity and Macroscopic Quantum Tunneling in Monodispersed Co/CoO Cluster Assemblies"Appl. Phys. Lett.. 75. 3856-3858 (1999)
• [文献書誌] S.Yamamuro: "Structural and Magnetic Evolution in Self-Assembling Process of Nanometer-sized Co Clusters"Mat. Trans. JIM. 40. 1450-1455 (1999)
• [文献書誌] 今野豊彦: "磁性クラスター"バウンダリー. 15. 2-6 (1999)