低次元系材料の新しい磁性を用いた超高密度磁気記録材料への応用研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11695037
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
• 研究分担者: 孫 強 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60292265) ; 水関 博志 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00271966) ; 余 京智 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (10261512)
• キーワード: クラスター / 磁性 / 多層膜 / 異方性 / 第一原理 / シュミレーション / モンテカルロ法 / 魔法数

研究概要

低次元系の磁性に関して、クラスター及び多層膜を対象として、第一原理シュミレーション計算を行った。クラスターの持つ磁性は、バルクとは全く異なり、サイズと形状という独立な変数を持つため、バルク以上の特性を実現できる可能性がある。本研究では、クラスターの構造安定性に関する第一原理シュミレーション計算を行い、実験的に多量のクラスターが得られる魔法数に関する多くの結果を得ることが出来た。また、クラスターに対して、磁気異方性に関するモデル計算を行い、外場に対する磁化特性の詳細を検討し、多段のヒステリシスを有することを示し、超高密度磁気記録の実現方法の一つと考えられる磁気多値記録媒体の作成可能性を示唆することに成功した。磁性多層膜に関しては、特に貴金属と遷移金属の組み合わせを系統的に検討し、通常のバルクでは得られない強力な磁化を持つ場合を見出している。これらは、制御された構造と原子の組み合わせに依存するので、通常の平衡状態のバルク金属によっては、全く実現不可能な新物質である。実験化との共同により、シュミレーションによって得られた特性の確認も行い、良好な一致を見ている。
同時にモンテカルロシュミレーションとモンテカルロ直接法を組み合わせて、気相中のクラスター成長過程と基板上での成長過程を統一的に扱う方法の開発と最適な実験条件検索を行った。ここでは、気相中の飛行距離依存性と成長管の温度依存性、さらに基板の温度依存性を詳細に検討することにより、形成されるクラスターのサイズ分布の予測に成功した。

研究成果

• [文献書誌] Siu-Tat Chui, Jian-Tao Wang, Lei Zhou, Keivan Esfarjani, Yoshiyuki Kawazoe: "Realization of an Effective Ultrahigh Magnetic Field on a Nanoscale"J. Phys. : Condens. Matter.. 13. L49-L55 (2001)
• [文献書誌] Jian-Tao Wang, Ding-Sheng Wang, Yoshiyuki Kawazoe: "Magnetic Phase Competing in MnAu Systems"Appl. Phys. Lett. 79. 1507-1509 (2001)
• [文献書誌] Jian-Tao Wang, Lei Zhou, Ding-Sheng Wang, Yoshiyuki Kawazoe: "Exchange Interaction and Magnetic Phase Transition in Layered Fe/Au Superlattices"J. Magn. Magn. Mater.. 226-230. 633-634 (2001)
• [文献書誌] Keiichiro Shiga, Kaoru Ohno, Yoshiyuki Kawazoe: "Ab Initio Molecular Dynamics Simulation of Ni_6"Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.. 26・4. 1113-1116 (2001)
• [文献書誌] Hiroshi Mizuseki, Ying Jin, Yoshiyuki Kawazoe, Luc Theo Wille: "Cluster Growth Processes by Direct Simulation Monte Carlo Method"Appl. phys. A. 73. 731-735 (2001)
• [文献書誌] Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe: "Metal-Encapsulated Icosahedral Superatoms of Germanium and Tin with Large Gaps : Zn@Ge_<12> and Cd@Sn_<12>"Appl. phys. Lett.. 80・5. 859-861 (2002)
• [文献書誌] Yoshiyuki Kawazoe: "Clusters and Nanomaterials"Springer. 165 (2001)