強磁性規則合金ナノ粒子の低温エピタキシャル成長と機能化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205094
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 弘津 禎彦 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (70016525)
• 研究分担者: 石丸 学 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (00264086) ; 花田 剛 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (10314428) ; 佐藤 和久 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (70314424)
• キーワード: エピタキシャル成長 / FePt / FePd / 低温規則合金化 / Llo構造 / 硬質磁性 / 高分解能電子顕微鏡 / ナノ粒子

研究概要

Llo型規則構造を有するFePt合金は次世代超高密度磁気記録媒体として期待されており、ナノ粒子サイズの均一化、規則相低温合成、磁化容易軸配向制御の3点が課題とされている。今年度は、NaCl単結晶基板表面処理による低温エピタキシャル成長を試みた。まず、大気中劈開したNaCl基板表面を蒸留水にて洗浄・乾燥し、続いて塩素ガス雰囲気中に10-20min程度保持した。この後、基板温度150℃にてPtを平均膜厚約1nm蒸着したところ、(100)+(111)配向した3nmサイズのPtナノ粒子が3x10^<12>cm^<-2>という非常に高密度に分散した組織が形成された。通常、真空蒸着法により形成される金属微粒子の分散密度は10^<11>cm^<-2>のオーダーであり、以前に行った単結晶基板表面ステップを利用した超高密度FePtナノ粒子の場合で1.5x10^<12>cm^<-2>であったことから、今回作製したPtナノ粒子は従来に無い非常に高密度な分散組織であると言える。次に、NaCl単結晶基板の2段階熱処理を行った。大気中劈開後、まず真空中にて400℃で2時間保持した後、基板温度を100-300℃に下げてFeとPtの蒸着を行った。その結果、基板温度100℃にて3nmサイズFe/Ptナノ複合粒子分散組織が形成された。このときナノ粒子密度は3.8x10^<12>cm^<-2>と非常に高密度であった。方位関係は従来400℃以上にて製膜したFePtナノ粒子において見られた関係と同じ、<100>Fe||<100>Pt,{011}Fe||{010}Ptである。蒸着後に600℃-1h熱処理を行った結果、方位配向したLlo-FePtナノ粒子が形成されたが、高密度分散に起因して熱処理過程でナノ粒子の合体が起こり粒径10nmサイズまで成長した。蒸着厚さを大幅に減じ、非常に疎な分散組織を形成した場合、規則化熱処理後においても粒子サイズを4nm程度に保持できた。

研究成果

• [文献書誌] K.Sato, Y.Hirotsu: "Magnetoanisotropy, long-range order parameter and thermal stability of isolated Llo FePt nanoparticles"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (in press). (2004)
• [文献書誌] A.Kovacs, K.Sato, G.Safran, P.B.Barna, Y.Hirotsu: "The investigation of multiply twinned Llo-FePt nanoparticles by transmission electron microscopy"Philosophical Magazine A. (in press). (2004)
• [文献書誌] K.Sato, Y.Hirotsu: "Long-range order parameter of oriented Llo-FePt nanoparticles determined by electron diffraction"Materials Transactions. 44(8). 1518-1522 (2003)
• [文献書誌] K.Sato, M.Fujiyoshi, M.Ishimaru, Y.Hirotsu: "Effects of additive element and particle size on atomic ordering temperature of Llo-FePt nanoparticles"Scripta Materialia. 48(7). 921-927 (2003)
• [文献書誌] K.Sato, T.Kajiwara, M.Fujiyoshi, M.Ishimaru, Y.Hirotsu, T.Shinohara: "Effects of surface step and substrate temperature on nanostructure of Llo-FePt nanoparticles"Journal of Applied Physics. 93(10). 7414-7416 (2003)
• [文献書誌] K.Sato, Y.Hirotsu: "Structure and magnetic property changes of epitaxially grown Llo-FePd isolated nanoparticles on annealing"Journal of Applied Physics. 93(10). 6291-6298 (2003)
• [文献書誌] 弘津禎彦: "ナノメタルの最新技術と応用開発(分担執筆)"シーエムシー出版. 300 (2003)