| 研究課題/領域番号 |
16J06825
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
水野 隼翔 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| キーワード | 電界効果 / 異常ホール効果 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、磁性超薄膜における軌道磁気モーメントの異方性を定量的かつ簡便に測定する手法を確立することである。さらに、同手法を用いて、電界の印加による軌道磁気モーメントの異方性の変化を調査することで、電界による磁気異方性変調との関係を明らかにする。
申請者はこれまでの研究において、Pt/Co/MgO薄膜試料に電界を印加した状態で強磁性共鳴(FMR)測定を行い、界面における軌道磁気モーメントの異方性と垂直磁気異方性が共に電界変調されることを明らかにした。これまでの電界効果に関する実験は、共同研究者に試料を提供して頂き進めてきた。本年度は、本研究室に新しく導入された成膜装置による試料作製を行った。来年度は、本年度に最適化した条件を用いつつ、強磁性層や下地層の元素及びその膜厚を変化させた試料を作製することで、電界効果の系統的な実験を行う予定である。
さらに本年度は、ペロブスカイト酸化物SrRuO3(SRO)を用いた新たな電界効果に取り組んだ。SROは遍歴強磁性体であり、バンド構造に起因した、仮想的な磁場(ベリー曲率)が異常ホール効果に影響していると考えられている。この内因的な異常ホール伝導には、フェルミ準位近傍のベリー曲率が主に寄与しているため、電界の印加による電子密度の変化によって大きく変調することが予想される。申請者は、SRO薄膜に電界を印加した状態でホール測定を行い、ある温度において、ホール抵抗の符号が電界の正負によって反転されることを見出した。本結果は、SROの異常ホール効果に内因性が寄与している事を示唆しており、磁性の電界効果に新たな知見を与えるものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究課題の目的は、(1) 新規開拓した手法の確立と、(2) 軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明の二つから成る。本年度は、これまで共同研究者に提供して頂いた電界効果用の試料を、本研究室に新しく導入されたスパッタリング成膜装置にて作製することを試みた。成膜レートや膜厚の条件出しを行い、作製したPt/Co/MgO試料の垂直磁気異方性が電界によって変調されることを確認した。これにより次年度は、多数の対照試料を用いて、目的(2)に関する系統的な実験を加速的に進めることが見込まれる。
また本年度は、遍歴強磁性体であるペロブスカイト酸化物SrRuO3(SRO)における、異常ホール効果の電界変調実験を行った。異常ホール効果の起源の一つとして、バンド構造に起因した仮想的な磁場(ベリー曲率)が知られており、内因性の異常ホール伝導率は電子の占有状態におけるベリー曲率を積分した値に比例する。本系においては、温度に対して異常ホール効果の符号が変化するなど、ベリー曲率が重要な役割を果たすと考えられている。申請者は、SRO薄膜に電界を印加した状態でホール測定を行い、異常ホール抵抗率の符号が反転する温度126.4 Kにおいて、電界の印加によって符号が反転することを初めて観測した。温度の上昇と共にSRO層の磁化は単調に減少することを考慮すると、観測された異常ホール抵抗率の電界変調方向は磁化の変化方向と一致せず、化学ポテンシャルの変化に伴って、占有状態におけるベリー曲率の積分値が変化したためであると考えられる。本結果は、SROの異常ホール効果に内因性が寄与している事を示唆しており、磁性の電界効果に新たな知見を与えるものである。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、強磁性層や下地層を変えた試料に対して、電界を印加した状態で強磁性共鳴(FMR)測定を行い、軌道磁気モーメントへの電界効果の系統な理解を目指す。また、SPring-8において、測定原理の異なるX線磁気円二色性法を用いて軌道磁気モーメントを求め、FMR法から得られた結果と比較することにより、本測定手法の確立を目指す。これらにより、本研究課題の達成が見込まれる。
さらに、歳差運動の減衰を表す指標であるギルバートダンピング定数や、界面における磁気異方性の不均一さの度合いを示すΔHなど、FMRから得られる他の基本的な磁気特性が電界の印加により受ける影響についても新しく調査する予定である。
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