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本研究では、微小磁気プローブを用いて磁性半導体の磁区構造を組成、膜厚、温度の関数として詳細に調べ、標準データとして蓄積するとともに、その背景にある物理の理解を目的とした。このため、磁区構造を直接観察するための高分解能磁気プローブの開発を行った。また同時に、室温磁性半導体として注目されているコバルト添加に酸化チタン薄膜の合成ならびに物性評価を行った。
高分解能磁気プローブとしては、幅広い測定環境に対応できるシステムとして、超高真空・温度可変・磁場印加型磁気力顕微鏡(MFM)の試作を行った。その結果、極低温(〜10K)でもナノスケールの空間分解能を達成するに至った。また同装置は、試料面に対する磁場の方向を任意に設定できるという特徴を持つ。さらに、磁気光学効果を2次元マッピングする装置も試作した。
装置開発と平行して、コバルト添加に酸化チタン薄膜の合成を行い、磁性と薄膜作成上権との関係について系統的に検討した。その結果、電導性を示す試料でのみ強磁性が発現し、かつより還元雰囲気(高温、低酸素分圧)ほど磁化が増大することを見出した。この事実は、強磁性の発現にキャリアが関わっていることを示唆する。そこで、キャリアの効果についてより積極的に調べるため、ニオブを添加してキャリア量の制御を試みた。添加したニオブは、ほぼ100%イオン化し、n型のキャリアを生じるが、キャリア量に比例して磁性も増大するという結果を得た。このことは、電導キャリアがコバルトスピン間の強磁性相関を媒介するRKKYメカニズムを支持する。
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