スピンフラストレーション人工格子による高温量子スピン流体の創製

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12046249
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田中 秀和 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (80294130)
• 研究分担者: 川合 知二 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20092546)
• キーワード: 酸化物人工格 / スピンフラストレーション / 超巨大磁気抵抗 / ペロブスカイト / スピネル / スピングラス

研究概要

磁気的にフラストレートした遷移金属酸化物は新しい量子スピン状態を生み出すと期待される。
本研究では、強磁性体と反強磁性体を原子・分子層レベルで積層する事によりスピン配列がフラストレートした状態を人為的を創製し(スピンフラストレーション人工格子)、高温において新しい量子スピン物性を発現する物質を創成する事にある。今年度は以下の成果を得た。
(1)室温超巨大磁気抵抗物質の創成-レーザアブレーション法により単結晶に近い高品質エピタキシャル(La,Ba)MnO_3薄膜を作製する事が出来、多結晶バルク材料に比較して2倍以上の磁気抵抗(MR)効果を得ることに成功した。また注目すべき事に、膜厚を薄くする事によりMR効果が最大を示す温度が上昇した。基板との格子歪みを通じ(La,Ba)MnO_3の電子構造(軌道の自由度)の制御出来た結果であると考えられる。膜厚1000Åにおいて、室温でも他の酸化物磁気抵抗材料に比較しての非常に高い値45%(at8000G)を発現させることに成功した。
(2)ペロブスカイトスピンフラストレーション人工格子-上記の高温での超巨大磁気抵抗が発現する強磁性体(La,Ba)MnO_3と反強磁性体(LaFeO_3,LaCrO_3)を組み合わせたスピンフラストレーション人工格子を形成した。より強い反強磁性体との組み合わせてある(La,Ba)MnO_3/LaFeO_3人工格子において顕著な磁気抵抗効果の上昇を見出した。(ただし発現温度が低下する。)
(3)室温スピングラス物質の創成-スピングラスは、隣り合うスピンを並行に揃えようとする強磁性相互作用と、反並行に揃えようとする反強磁性相互作用が混在した状態、つまり、"フラストレーション"と"ランダムネス"とが競合した際に生じる興味深いスピン状態であり、不安定なスピン状態である為、光照射等の外場印加により磁性を制御する可能性を持つ。従来は低温で発現する現象であったが、亜鉛スピネル酸化物(ZnFe_2O_4)に於いて、薄膜化条件をコントロールする(成長速度を早くする)事により、酸素欠損(ランダムネス)を有効に導入し室温以上でもスピングラス状態を取る磁性材料を創出した。

研究成果

• [文献書誌] H.Tanaka and T.Kawai: "Effect of Magnetic Exchange Interactions in Perovskite La(Sr)MnO_3/LaMO_3 (M=Ni, Co, Cr, Fe) Artificial Superlattices and Their Magnetic/Electrical Properties."J.Appl.Phys.. 88. 1559-1565 (2000)
• [文献書誌] H.Tanaka and T.Kawai: "Artificial construction of SrO/(La, Sr) MnO_3 layered perovskite superlattice by laser molecular-beam epitaxy."Appl.Phys.Lett.. 76. 3618-3620 (2000)
• [文献書誌] T.Kanki,H.Tanaka and T.Kawai: "Enhancement of magnetoresistence in (La, Ba) MnO_3 epitaxial thin film at Room Temperature."Solid State Commun.. 114. 267-270 (2000)
• [文献書誌] H.Tanaka,H.Katsu,T.Kanki and T.Kawai: "Creation of Novel Functional Magnetic Oxide Artificial Lattices in Strongly Correlated Electron System."J.Magn.Soc.Jpn.. 24. 459-462 (2000)
• [文献書誌] H.Tanaka,T.Kanki and T.Kawai: "Monte-Carlo study of Ising model ferromagnetic/antiferromagnetic spin frustrated superlattice."Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 388-399 (2000)
• [文献書誌] T.Kanki,H.Tanaka,T.Kawai: "Fabrication of La_<0.8>SR_<0.2>MnO_3/La1-xSrxCrO_3 spin frustrated superlattices and their electrical and magnetic properties."J.Jpn.Appl.Phys.. 39. L460-L462 (2000)
• [文献書誌] 田中秀和,川合知二: "原子レベルで機能調和した人工格子"日本結晶学会誌. (in press). (2001)
• [文献書誌] 田中秀和,川合知二: "機能調和人工格子が拓くこれからの材料科学"金属. 71. 155-159 (2001)