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本研究では、極性酸化物上に製膜した数原子層の強磁性金属薄膜に注目する。下地酸化物の分極方向に依存した磁性の違いを観測し、その起源を多角的な実験により理解することを目的とする。
実験により、同種の酸化物と金属磁石の積層構造であっても、酸化物側に電気的な極性があるときには、その極性の符号に依存して金属磁石の構造や磁気的性質が大きく異なることを明らかになった。この結果は、磁気記録や磁気センサに広く用いられている酸化物と金属磁石の積層構造からなる素子をデザインする上で、今後重要な指針を与えることが期待される。
具体的には、亜鉛(Zn)・酸素(O)両極性面を表裏にもつ酸化亜鉛(ZnO)基板上に、同じ条件で、数ナノメートル以下の薄いコバルト(Co)を製膜した。その結果、極性面に応じて、製膜されたCoの結晶構造そのものが全く異なることが明らかになった。それだけでなく、亜鉛(Zn)極性面上のCoでは磁化が揃いやすい方向が膜面内にあるのに対し、酸素(O)極性面上では膜面垂直方向に磁化が揃うことが分かった。このように、同じ物質同士を組み合わせた積層構造でも、その性質に劇的な違いがもたらされることを見出した。つまり、シンプルな構造でありつつも、自然界では存在しえない構造を人工的に作り出すことで、新たな機能をもつ磁石が得られることが示された。同構造では、ZnOとCoの界面にビルトインされた電界を有するという意味でも、それを利用した物理的基礎研究や応用研究の舞台となる系を提供するものと期待される。
本研究成果は、Scientific Report誌に掲載され、東京大学工学部よりプレスリリースを行った。
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