真空成膜法による新機能スピントロニクス材料の探索

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14076212
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 松本 祐司 東京工業大学, フロンティア創造共同研究センター, 講師 (60302981)
• キーワード: レーザー分子線エピタキシー / コバルト添加二酸化チタン / 光磁気光学 / EXAFS, XANES / コンビナトリアル薄膜法 / 3元組成傾斜膜法

研究概要

【研究目標】
1回の実験で多種類の試料を合成・評価することができるコンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー法を用いて、酸化物薄膜をベースとした新しいスピントロニクス機能を有する材料の高速探索と物性評価を行う。原子層レベルで制御されたエピタキシー技術により、酸化物磁性体超格子やナノ構造をデザインし、構造と磁気物性との関係を高速、かつ系統的に調べる。
【研究成果1】TiO_2-CoO2元系酸化物相図の作製と磁性特性の評価
温度-組成傾斜膜法を用いて、TiO_2-CoO2元酸化物相図薄膜の一括合成を試みた。X線回折による構造解析と走査型SQUID顕微鏡による磁気特性の評価を行ったところ、アナターゼ相が支配的な電気伝導性を有する領域で、強磁性が出現し、Co濃度が増大し、CoTiO_3相が出現する境界で、急激に強磁性的性質が消失することを見出した。
【研究成果2】超平坦化TiO_2単結晶基板上の高品質Co:TiO_2薄膜の作製
ルチル型二酸化チタン単結晶基板を原子レベルで平坦化する技術を確立した。得られた超平坦ルチル単結晶基板上では、基板温度が300℃という低温においても、RHEED振動を観測しながら、良好な二酸化チタン薄膜のホモエピタキシャル成長が可能であることが示された。さらに、この低温成長法を用いることで、Coが完全にTiサイトを置換し、かつ表面がステップ-テラス構造を有する高品質なCo:TiO_2エピタキシャル薄膜を得ることに成功した。
【研究成果3】磁性超伝導Ru1222エピタキシャル薄膜の作製
強磁性と超伝導が共存することで知られるRu1222化合物は、これまでバルクにおいても単結晶が得られていなかった。本研究では、パルスレーザー堆積法により、世界で初めてエピタキシャル薄膜の作製に成功した。

研究成果

• [文献書誌] M.Zhu, T.Chikyow, P.Ahamet, T.Naruke, M.Murakami, Y.Matsumoto, H.Koinuma: "A high-resolution transmission electron microscopy investigation of the microstructure of TiO_2 anatase film deposited on LaAlO_3 and SrTiO_3 substrates by laser ablation"Thin Solid Films. 441,n 1-2. 140-144 (2003)
• [文献書誌] T.Makino, Y.Segawa, M.Kawasaki, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Murakami, R.Takahashi: "Temperature dependence of absorption spectra in anatase TiO2 epilayers"J.Phys.Soc.Jpn. 72,10. 2696-2697 (2003)
• [文献書誌] W.Q.Lu, Y.Yamamoto, I.Ohkubo, V.V.Petrykin, M.Kakihana, Y.Matsumoto, H.Koinuma: "Highly c-oriented RuSr2(Eu1.5Ce0.5)Cu2O10-δ Thin Film Growth by Pulsed Laser Deposition and Subsequent Post-annealing"physica C. Vol.403/1-2. 21-24 (2004)
• [文献書誌] M.Murakami, Y.Matsumoto, M.Nagano, T.Hasegawa, M.Kawasaki, H.Koinuma: "Combinatorial Fabrication and Characterization of Ferromagnetic Ti-Co-O System"Appl.Surf.Sci.. (in press).
• [文献書誌] Y.Matsumoto, H.Koinuma, T.Hasegawa, I.Takeuchi, F.Tsui, Young K.Yoo: "Combinatorial Investigation of Spintronic Materials"MRS.Bulletin october. Vol.28,No10. 734-739 (2003)
• [文献書誌] M.Murakami, Y.Matsumoto, T.Hasegawa, P.Ahmet, K.Nakajima, T.Chikyow H.Ofuchi, I.Nakai, H.Koinuma: "Cobalt valence states and origins of ferromagnetism in Co doped TiO_2 rutile thin films"JAP. (in press).
• [文献書誌] N.Shimizu, S.Sasaki, T.Hanashima, K.Yamawaki, H.Udagawa, N.Kawamura, M.Suzuki, H.Maruyama, M.Murakami, Y.Matsumoto, H.Koinuma: "X-ray Magnetic Circular Dichroism and Structure Model for Co-Doped TiO_2 (Anatase) Thin Film"J.Phis.Soc.Jpn. (in press).