研究課題
原子数個から数十個からなるナノ磁性体は、強い量子サイズ効果を示し、閉じ込められた電子のエネルギー状態とスピン状態は、バルク材料のものとは全く異なる。新しい機能を有するナノ磁性体を思い通りに設計するには、スピン間の交換相互作用の理解が重要である。そこで、本研究は、強磁性共鳴を用いた磁気交換力顕微鏡を駆使して、表面上に構築されたナノ磁性体の原子スケールの交換相互作用を測定し、ナノ構造体を構成する原子数や次元、構造が磁気相互作用にどのように影響するかを解明することを目的とする。ナノ磁性体に閉じ込められる電子のエネルギー状態やスピン状態は、ナノ磁性体を構成する原子数に大きく依存する。そこで、ナノ構造体を絶縁体表面に構築した。なお、ナノ磁性体の構成原子としては、ホルミウム(Ho)を、絶縁体表面として酸化マグネシウム（MgO）表面を取り上げた。次に、ナノ磁性体の磁性を解明するため、個々の原子位置での交換エネルギーの深さと原子間の障壁の大きさを議論する必要がある。そこで、磁性体探針と磁性体試料の間の距離を変えながら、カンチレバーの周波数シフトの変調成分を３次元的に測定し、数値計算により、交換力および交換エネルギーの３次元分布を導出できるようにした。また、３次元交換力分光法を用いて、ナノ磁性体の磁気交換相互作用について、ナノ磁性体を構成する原子数や次元がスピン状態にどのように影響するかを実験的に検討した。さらに、ナノ磁性体を構成する個々の原子間の交換相互作用について検討する。具体的には、３次元の交換ポテンシャルを水平方向に対して微分し、水平方向に働く交換力を導出した。さらにその距離依存性より磁性原子間の短距離的な交換相互作用と長距離的な交換相互作用について検討した。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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