| 研究課題/領域番号 |
14350353
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
藤井 達生 岡山大学, 自然科学研究科, 助教授 (10222259)
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| 研究分担者 |
高田 潤 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (60093259)
中西 真 岡山大学, 工学部, 助手 (10284085)
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| キーワード | 酸化物磁性半導体 / イルメナイト / ヘマタイト / 反応性スパッタ法 / 交換結合膜 / 積層膜 / フェリ磁性 |
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| 研究概要 |
ヘマタイトーイルメナイト固溶体(Fe_<2-x>Ti_xO_3)には、FeイオンとTiイオンが規則的に配列した秩序相と、不規則に分布した無秩序相が存在する。なかでも固溶体秩序相は、両端組成α-Fe_2O_3とFeTiO_3がいずれも反強磁性絶縁体であるにもかかわらず、フェリ磁性半導体となることから、新規かつ環境に優しい磁性半導体材料として期待されている。平衡状態図上で秩序相が生成する組成範囲は0.4<x<1.0であり、組成x=0.8において飽和磁化は極大値約600emu/cm^3を示す。しかし・そのキュリー温度(Tc)はxの増加とともに単調に減少し、x=0.4で600KのTcは、x=0.8では230Kと室温以下に低下してしまう。そこで本研究では、まず、高い飽和磁化をもつ秩序相固溶体Fe_<1.8>Ti_<0.2>O_3の薄膜合成条件を確立し、次に、高いネール温度をもつα-Fe_2O_3からの交換結合を利用することでFe_<1.8>Ti_<0.2>O_3薄膜のTcの向上を図った。
Fe_<1.8>Ti_<0.2>O_3秩序相固溶体薄膜の作製は、FeTi合金ターゲットを使用した反応性スパッタ法により、α-Al_2O_3(001)単結晶基板上で実施した。その結果、秩序相固溶体が再現性よく成長するのは、基板温度が550℃以上であり、また成膜時の酸素分圧が重要であることが判明した。次に、基板温度550℃においてα-Fe_2O_3/Fe_<1.8>Ti_<0.2>O_3二層膜作製を実施し、秩序相固溶体がα-Fe_2O_3上に成長すること、また、その逆も可能であることを見出した。くわえて、作製した二層膜の磁化測定の結果、二層膜のTcは単層膜より10℃ほど上昇しており、交換結合の寄与があるものと考えられる。また、XPS深さ方向分析の結果、二層膜の界面に拡散層がほとんど存在しないことが確認された。
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