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2012 年度 実施状況報告書

イオンビームを利用したフォトレジストレス磁性ナノパターニング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23656592
研究機関大阪府立大学

研究代表者

岩瀬 彰宏  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60343919)

研究分担者 松井 利之  大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 教授 (20219372)
佐藤 隆博  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 放射線高度利用施設部, 研究副主幹 (10370404)
キーワードイオンビーム / 磁性パターニング / 鉄ロジウム合金 / 磁気力顕微鏡 / 光電子顕微鏡
研究概要

イオンスパッタ装置を用いて作成したFeRh薄膜を、原子力機構高崎の軽イオン(H,He)マイクロビームを用いて、いろいろなマイクロメートルスケールのパターンで照射を行った。昨年行った重イオンマイクロビームに比べ、ビームが安定しており、より良好な照射が可能であった。照射した試料は、大型放射光施設SPring8においてXMCD-PEEM観察を行った。その結果、反強磁性領域の一部に、強磁性を示すマイクロメートルスケールのドットパターン、幅1ミクロンm程度のラインパターン、”FeRh”といった曲線部を含んだ文字パターンを描くことに成功した。さらに、このマイクロメートルスケールの強磁性パターンを「その場」熱処理を行うことにより、もとの反強磁性に回復する現象もとらえた。熱処理による磁性の回復は、強磁性領域の大きさに依存することも見出された。イオン照射による磁性改質に加え、24年度は、イオン照射によるFeRhの結晶構造変化を調べる実験も行った。この実験には、結晶構造がより明確に定まっているバルク結晶を用いた。バルク結晶を高エネルギーイオン照射することにより、本来は融点直下でしか現れないFCC構造(A1相)が出現すること、そして、相図に存在しないL10相が常温常圧で発現することも見出された。前者は、イオン照射によるサーマルスパイクがもたらした現象、後者は、イオン照射による高応力がもたらした現象であると考えられる。これらイオン照射による結晶構造変態は、磁性変態のメカニズムを考えるうえで重要な知見である。イオンビームでFCC構造を発現させ非磁性に変化した試料をGeV領域の高速イオンで照射する実験も試みたが、今のところ、GeVイオンによる高励起反応場が磁性を回復するまでには至っていない。実験条件のさらなる最適化が必要であると思われる。

現在までの達成度 (区分)
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

FeRh中にマイクロメートルスケールの磁気パターンを形成することを目標に研究を進めてきた。前年度の集束ビーム照射に加えて、高エネルギーマイクロビームでの微細磁気パターニングが自在にできるようになったことは大きな進展である。また、磁性の変化と大きく関係していると思われる結晶構造変化とイオン照射との関連が明らかになりつつあるのも大きな進展である。研究成果に関する論文や国際学会発表も数多く行われており、本研究はおおむね順調に進展している、といえる。

今後の研究の推進方策

まず、低いエネルギーのイオン照射でFeRhを非磁性化し、それをGeVイオンなどの高速イオンがもたらす高密度電子励起によるサーマルスパイク現象を用いて強磁性化、あるいは反強磁性化する実験を、実験条件を最適化して実施する。その後、高速イオンによる1次元ナノスケールトラック領域が強磁性あるいは反強磁性になっているかどうかを、結晶構造変化も含め、磁気力顕微鏡、放射光PEEM、EXAFS、XMCD,SQUIDによる磁化の磁場方向依存性などの手段を用いて確認する。25年度は最終年度であるので、得られた成果を、今まで以上に積極的に国内外の学会でアピールし、順次、論文にもまとめていく。

次年度の研究費の使用計画

高品質FeRh薄膜作成や高純度FeRhバルク試料調整のための消耗品、磁性評価に用いるSQUID磁束計、磁気力顕微鏡に関する消耗品、学外大型施設(放射光、加速器など)の使用料や旅費・滞在費への支出を計画している。また、国内、国際学会おける成果発表に対する参加費、旅費・滞在費、論文投稿に関する別刷り代、投稿料などの支出も計画している。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] X-ray magnetic circular dichroism photoemission electron microscopy of focused ion beam-induced magnetic patterns on iron-rhodium surfaces2013

    • 著者名/発表者名
      A. Tohki, K. Aikoh, R. Shinoda, T. Ohkouchi, M. Kotsugi, T. Nakamura, T. Kinoshita, A. Iwase, T. Matsui
    • 雑誌名

      Nucl. Instrm. Meth

      巻: B302 ページ: 51-54

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2013.03.028

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-thermal equilibrium crystal structure and Vickers hardness of FeRh2013

    • 著者名/発表者名
      A. Hashimoto , Y. Kaneno, T. Matsui , Y. Saitoh, A. Iwase
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MFM and PEEM observation of micrometre-sized magnetic dot arrays fabricated by ion-microbeam irradiation in FeRh thin films2012

    • 著者名/発表者名
      K. Aikoh, A. Tohki, T. Matsui, A. Iwase, T. Satoh, K. Takano, M. Kohka, Y.Saitoh, T. Kamiya, T. Ohkochi, M. Kotsugi, T. Nakamura, T. Kinoshita
    • 雑誌名

      J. Synchrotron Rad.

      巻: 19 ページ: 223-226

    • DOI

      10.1107/S0909049511054057

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of high temperature annealing on ion-irradiation induced magnetization in FeRh thin films2012

    • 著者名/発表者名
      A. Tohki, K. Aikoh, A. Iwase, K. Yoneda, S. Kosugi, K. Kume, T. Batchuluun, R. Ishigami, T. Matsui
    • 雑誌名

      JOURNAL OF APPLIED PHYSICS

      巻: 111 ページ: 07A742

    • DOI

      10.1063/1.3687133

    • 査読あり
  • [学会発表] Magnetic Property Modification of FeRh Alloy by Combination of Energetic Ion Beam Irradiation and Subsequent Thermal Annealing2013

    • 著者名/発表者名
      A. Iwase, K. Aikoh, R. Ishigami, S. Okuda, T. Matsui
    • 学会等名
      Spring meeting of European Materials Research Society (EMRS)
    • 発表場所
      Strasbourg, France
    • 年月日
      20130527-20130531
  • [学会発表] 軽イオンマイクロビーム照射によるFeRh合金薄膜への面内微細磁気構造の作製とPEEM観察2013

    • 著者名/発表者名
      小出哲也,唐木淳志 岩瀬彰宏,松井利之, 佐藤隆博,江夏昌志,斎藤勇一,神谷富裕, 大河内拓雄,小嗣真人,中村哲也,木下豊彦
    • 学会等名
      金属学会春季大会
    • 発表場所
      東京理科大学
    • 年月日
      20130327-20130329
  • [学会発表] In-situ observation of annealing effect on the irradiation induced magnetic domain structure by XMCD-PEEM2013

    • 著者名/発表者名
      Tohki, Atsushi; Aikoh, Kazuma; Shinoda, Ryoichi; Ohkochi,Takuo; Kotsugi, Masato; Nakamura, Tetsuya; Kinoshita, Toyohiko; Iwase, Akihiro; Matsui,Toshiyuki
    • 学会等名
      12th Joint MMM/Intermag Conference
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      20130114-20130118
  • [学会発表] In-situ evaluation of annealing effect on ion-irradiation induced ferromagnetism at FeRh thin film surface by means of XMCD2013

    • 著者名/発表者名
      K. Aikoh, A. Tohki, M. Sakamaki, K. Amemiya, A. Iwase, T. Matsui
    • 学会等名
      12th Joint MMM/Intermag Conference
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      20130114-18
  • [学会発表] Study on ferromagnetic ordering of FeRh thin films induced by energetic heavy ion irradiation by means of X-ray Magnetic Circular Dichroism2012

    • 著者名/発表者名
      K. Aikoh, A. Tohki, S. Okuda, Y. Saitoh, T. Kamiya, T. Nakamura, T. Kinoshita, A. Iwase, T. Matsui
    • 学会等名
      8th International Symposium on Swift Heavy Ions in Matter
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20121024-20121027
  • [学会発表] XMCD-PEEM observation of focused ion beam induced magnetic patterns on FeRh surfaces2012

    • 著者名/発表者名
      A. Tohki, K. Aikoh, R. Shinoda, T. Ohkochi, M. Kotsugi,T. Nakamura, T. Kinoshita, A. Iwase, T. Matsui
    • 学会等名
      25th International Conference on Atomic Collisions in Solids
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20121021-20121025
  • [学会発表] Modification of magnetic properties and lattice structure of FeRh intermetallic compound by high energy ion irradiation2012

    • 著者名/発表者名
      A. Iwase, T. Matsui
    • 学会等名
      International Conference on Swift Heavy Ions in Materials Engineering and Characterization (SHIMEC2012)
    • 発表場所
      Delhi, India
    • 年月日
      20121009-20121012
    • 招待講演
  • [学会発表] FeRh合金薄膜上におけるイオンビーム照射誘起面内微細磁気構造のXMCD-PEEM観察2012

    • 著者名/発表者名
      唐木淳志, 愛甲一馬 大阪府大工 松井利之, 岩瀬彰宏, 大河内拓雄, 小嗣真人, 中村哲也, 木下豊彦
    • 学会等名
      金属学会秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20120917-20120919

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公開日: 2014-07-24  

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