水素注入による[磁性金属/希土類金属]多層膜の層間交換結合の動的制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15760491
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 遠藤 恭 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50335379)
• キーワード: 層間交換結合 / 水素注入 / 磁性金属 / 希土類金属 / 反強磁性的結合 / 強磁性結合 / Fe-Y拡散層 / 電子状態

研究概要

新機能性材料の創製を目指して,希土類金属としてY,Laを,磁性金属としてFeを組み合わせた[磁性金属/希土類金属]積層膜を作製し,(1)その構造および磁性・伝導性の水素注入による変化と,(2)水素注入による層間交換結合の温度依存性を検討した結果,以下の知見を得た.
(1)構造および磁性・伝導性の水素注入による変化
いずれの積層膜においても,水素注入により界面が急峻化し,その伝導性が金属伝導から半導体伝導へ遷移する.しかしながら,Fe/YとFe/La積層膜とでは,水素注入による磁性の変化,すなわち水素注入前後での層間交換結合のスペーサ厚依存性に違いが見られる.Fe/Y積層膜では,薄いY層厚領域で反強磁性的(AFM)結合が観測され,水素注入により弱いAFM結合へ変化する.一方,Fe/La積層膜では,水素注入により強磁性(FM)結合領域が拡大する.この違いは,Fe/YとFe/La界面でのラフネス(粗さ)の違いに起因している.
(2)水素注入による層間交換結合の温度依存性
Fe/Y積層膜において,AFM結合の温度依存性は水素注入前後で異なる.水素注入前では,AFM結合力は温度の上昇にともない強くなる.この挙動は,隣接磁性層の結合状態の温度上昇にともなう変化と,界面で形成される非常に薄いFe-Y拡散層の低温領域での磁性の発現による.一方,水素注入後では,AFM結合状態は温度に関係なくほぼ一定であり,その結合力は0.10erg/cm^2から0.01erg/cm^2へと弱くなる.この挙動は,水素注入により,非常に薄いFe-Y拡散層がFe層とY-H層へ分解したことと,Y層の電子状態が金属から半導体へ変化したことに起因している.
以上の結果から,水素注入および温度(熱)によりFe/Y積層膜の層間交換結合を制御することが可能になった.

研究成果

• [文献書誌] Yasushi Endo: "Interlayer Exchange Coupling of Fe/Y Multilayers"Japanese Journal of Applied Physics. 42・3. L291-L293 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani: "Magnetic Properties in Mn/Si-O/Si(100)-substrate Systems and Mn/Si-O/Si Trilayers"Japanese Journal of Applied Physics. 42・6. 3392-3393 (2003)
• [文献書誌] Gyu-Bong Cho: "Magnetic Property and Morphology of Fe Film Grown on Self-Organized SrTiO_3(001) Substrate with Inclined Angle"Japanese Journal of Applied Physics. 42・10. 6543-6550 (2003)
• [文献書誌] Yasushi Endo: "Study of the low temperature ordering of L1_0-Fe-Pt in Fe/Pt multilayers"Journal of Applied Physics. 94・11. 7222-7226 (2003)
• [文献書誌] Yu Shiratsuchi: "Superparamagnetic behavior of ultrathin Fe films grown on Al_2O_3(0001) substrates"Journal of Applied Physics. 94・12. 7675-7679 (2003)
• [文献書誌] Yasushi Endo: "Effects of hydrogenation on structure and magnetic properties of Fe/La multilavers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 95-100 (2004)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani: "Ferromagnetism in Mn/X/Si(X=B, BN, B_4C, SiC)trilayers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 69-72 (2004)
• [文献書誌] Yu Shiratsuchi: "Thickness dependence of magnetic state of Fe thin films grown on Al_2O_3(0001)substrates with an inclined angle"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 73-78 (2004)
• [文献書誌] S.Anisul Haque: "Magnetic logic gate for binary computing"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 79-82 (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma: "Magnetic properties of weak itinerant ferromagnetic ζ-Fe_2N film"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 83-87 (2004)
• [文献書誌] Gyu-Bong Cho: "Film thickness dependence on morphology of Fe films on self-organized SrTiO_3(001)substrates with inclined angles"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 89-94 (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma: "Magnetic and electrical properties of iron nitride films containing both amorphous matrices and nanocrystalline grains"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 101-106 (2004)