反強磁性体の電子・スピン状態の実空間・逆格子空間における直接観測とコントロール

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K17801
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 羽尻 哲也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80727272)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 反強磁性スピントロニクス / 光電子分光 / 光電子顕微鏡 / 磁気抵抗 / 薄膜

研究実績の概要

反強磁性体は強磁性体と比べて非常に優れた特性を持つことが明らかになりつつあり，その制御や電気的検出についての研究が盛んに行われ始めている。本年度は，反強磁性体の電子・スピン状態の実空間・逆格子空間における直接観測を目指して，①磁気抵抗効果・ホール効果による電気的検出に加え，②光電子分光を用いた逆格子空間の電子状態観測，③磁気直線二色性光電子顕微鏡を用いた実空間における磁気構造の直接観測の実験を行った。
①に関して，これまでは強磁性体Fe2CrSi/反強磁性体Ru2MnGeで行ってきた（Phys. Rev. Bにて論文発表）が，強磁性体の結晶磁気異方性の影響を明らかにするために，面内で磁化容易軸がFe2CrSiと45°異なるCo2Fe(GaGe) の作製を行い， Fe2CrSiとは異なる有益な磁気抵抗を得た。②に関しては，まず初めにRu2MnGe単膜の角度分解光電子分光測定を行ったが，明瞭な分散は観測出来なかった。一方で基板からの歪み量を変えた薄膜の比較を行ったところ，角度積分スペクトルで価電子帯電子構造の変化を見いだした。③に関しては，Ru2MnGeを含む様々な反強磁性体で磁気直線二色性を用いたイメージングを行った。Ru2MnGeでは明瞭な反強磁性ドメインは得られなかったが，強誘電体SmFeO3で明瞭な反強磁性磁気ドメインの観測に成功した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

反強磁性体の電子・スピン状態観測については電気的（磁気抵抗およびホール効果）効果測定と磁気直線二色性光電子顕微鏡によるイメージングで成功している。角度分解光電子分光測定に関しては，明瞭にバンド分散が観測出来ない原因と考えられる要因はいくつか考えられるが，角度積分測定でも有益な結果が得られているので，おおむね順調に計画が進んでいると思われる。

今後の研究の推進方策

①に関しては，Fe2CrSiとCo2Mn(GaGe)の比較実験を引き続き行うと共に，他の強磁性体／反強磁性体積層膜に関しても行い，さらには反強磁性体単膜や反強磁性体／重金属積層への展開を目指す。②光電子分光に関しては，今後はバンド計算を行い，歪みと電子構造の対応を明らかにすると共に，成膜装置の真空度を改善して角度分解光電子分光測定の試みと，強磁性体／反強磁性体積層膜における電子構造の変化の測定を行っていく。

研究成果

• [国際共同研究] Johannes-Gutenberg Universitat Mainz(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Johannes-Gutenberg Universitat Mainz
• [国際共同研究] Universitat Augsburg(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Universitat Augsburg
• [国際共同研究] Elettra Sincrotrone Trieste(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Elettra Sincrotrone Trieste
• [雑誌論文] 45° sign switching of effective exchange bias due to competing anisotropies in fully epitaxial Co3FeN/MnN bilayers (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hajiri, T. Yoshida, M. Filianina, S. Jaiswal, B. Borie, H. Asano, H. Zabel, and M. Klaui
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 30 ページ: 015806
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aa9ba7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strain effect on magnetic property of antiferromagnetic insulator SmFeO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuroda M.、Tanahashi N.、Hajiri T.、Ueda K.、Asano H.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 ページ: 055814～055814
  • DOI: 10.1063/1.5007332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and evaluation of Mn3GaN1-x thin films with controlled N compositions (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishino Sunao、So Jongmin、Goto Hirotaka、Hajiri Tetsuya、Asano Hidefumi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 ページ: 056312～056312
  • DOI: 10.1063/1.5007333
• [雑誌論文] Large-Gap Magnetic Topological Heterostructure Formed by Subsurface Incorporation of a Ferromagnetic Layer (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, S. V. Eremeev, T. Shirasawa, Y. Okuyama, T. Kubo, R. Nakanishi, R. Akiyama, A. Takayama, T. Hajiri, S. Ideta, M. Matsunami, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takagi, K. Tanaka, T. Okuda, T. Yokoyama, S. Kimura, S. Hasegawa, E. V. Chulkov
  • 雑誌名: NANO Letters 巻: 17 ページ: 3493～3500
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00560
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of anisotropy on antiferromagnet rotation in Heusler-type ferromagnet/antiferromagnet epitaxial bilayers (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hajiri, M. Matsushita, Y. Z. Ni, H. Asano
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 2017
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.134413
  • 査読あり
• [学会発表] ngular-dependent exchange bias with competing anisotropies in epitaxial Co3FeN/MnN bilayers (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hajiri, T. Yoshida, M. Filianina, S. Jaiswal, B. Borie, H. Asano, H. Zabel, M. Klaui
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ノンコリニア反強磁性体SmFeO3薄膜の作製と磁気・電気特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 羽尻 哲也，黒田 基規，棚橋 直也，植田 研二，浅野 秀文
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
• [学会発表] ホイスラー合金強磁性/反強磁性エピタキシャル積層膜における結晶異方性磁気抵抗効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 倪 遠致，松下将輝，羽尻 哲也，浅野 秀文
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
• [学会発表] 窒化物Co3FeN/MnN交換結合膜における電流誘起磁化反転 (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤 大尚、吉田 拓也、羽尻 哲也、浅野 秀文
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ピン軌道トルク誘起磁化反転に向けたMn3GaN/Mn3GaN1-x積層膜の作製と評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石野 直、八田 隼之介、羽尻 哲也、浅野 秀文
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Electrical Measurement of Antiferromagnetic Moments in Fully Epitaxial Heusler-type Ferromagnet/Antiferromagnet Bilayers (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hajiri, M. Matsushita, Y. Z. Ni, H. Asano
  • 学会等名: 62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Multiferroic properties of heterostructures using antiferromagnetic insulator SmFeO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kuroda, T Hajiri. N. Tanahashi, K. Ueda, and H. Asano
  • 学会等名: 62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and magnetic properties of Mn3GaN1-x thin films and bilayers (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ishino, J. So, H. Goto, T. Hajiri, H. Asano
  • 学会等名: 62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 強磁性体／反強磁性体積層膜における反強磁性体異方性磁気抵抗効果の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽尻 哲也、松下 将輝, 倪 遠致, 浅野 秀文
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋季講演大会
• [学会発表] ホイスラー合金強磁性体／反強磁性体エピタキシャル積層膜における異方性磁気抵抗効果を用いた反強磁性磁気モーメントの検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽尻 哲也、松下 将輝, 倪 遠致, 浅野 秀文
  • 学会等名: 第41回日本磁気学会学術講演会
• [学会発表] 反強磁性MnN薄膜のエピタキシャル成長と交換結合特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田 拓也，羽尻 哲也，倪 遠致，石野 直，浅野 秀文
  • 学会等名: 第41回日本磁気学会学術講演会
• [学会発表] ノンコリニア型反強磁性絶縁体SmFeO3のエピタキシャル薄膜における磁化のエンハンスメント (2017)
  • 著者名/発表者名: 棚橋 直也, 黒田 基規, 羽尻 哲也, 植田 研二, 浅野 秀文
  • 学会等名: 第78回日本応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 強磁性体/反強磁性体Ru2MnGe積層膜における反強磁性磁気モーメントの挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 倪 遠致, 松下 将輝, 羽尻 哲也, 浅野 秀文
  • 学会等名: 第78回日本応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Mn3GaN1-x薄膜の構造制御とMn3GaN/ Mn3GaN1-x積層膜の作製と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石野 直, ソ ジョンミン, 後藤 大尚, 羽尻 哲也, 浅野 秀文
  • 学会等名: 第78回日本応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 無限層超伝導Sr1-xLaxCuO2薄膜の成長速度に対する構造安定性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森岡 享平, 羽尻 哲也, 作間 啓太, 三浦 正志, 浅野 秀文
  • 学会等名: 第78回日本応用物理学会秋季学術講演会