| 研究課題/領域番号 |
24226014
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
田畑 仁 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00263319)
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| 研究分担者 |
関 宗俊 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40432439)
松井 裕章 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (80397752)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | ゆらぎ / スピングラス / 磁気抵抗 / 磁気トンネル接合 |
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| 研究概要 |
本研究はスピネルフェライトFe3O4に非磁性イオン（Ti、Mg）をドープし、スピンフラストレーションが発現した系の磁気特性と電気伝導特性の関連を実験的に検証することを目指した。先行研究によって得られたクラスターグラス物質(Mg,Fe)[Mg,Fe,Ti]O4 (MFTO)は反強磁性絶縁体のみ存在し、磁化状態と電流の関係性を調べるのは困難であった。また、スピンゆらぎを積極的に利用したデバイスの創製に向けて、低抵抗のグラス磁性体を作製することは最も重要な研究課題である。そこで、MgとFeの量を化学量論的に調整（Mg1+xFe1.5-xTi0.5O4） することで伝導性の向上を試みた。また、クラスターグラス磁性薄膜における電導機構の解明と磁化状態との相関を詳細に調べ、この系について基礎的な知見を得ることを目指した。最後にMFTOとSTO:Nbの接合を用いて、MFTOの伝導機構が変化する250K以下で整流特性をもつ素子を作製し、その磁気抵抗を測定した。
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| 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
先ず電気抵抗率が最も小さい試料（x=0)について、同じ過程の下で抵抗を測定し、クラスターグラス状態が抵抗率に与える影響を評価した。低温領域における伝導機構の解明のためにVariable-Range-Hopping (VRH)のモデルに基づいて結果を解析した。Zabrodiskiiらによるdimensionless activation method を用いてホッピング指数（ｐ）を推定した結果、p=-0.730±0.012（FC）、-0.715±0.010（ZFC）という値が得られたことから、この試料においては、ｐがFTSモデル[4]のp=0.75（3/4）の値の場合に近い伝導機構が実現していると考えられる。FTSモデルは、不純物に分割された擬1次元伝導路の3次元的配列を考えるモデルである。スピネルフェライトは、結晶場分裂でBサイト上のt2g軌道が酸素のない方向に向き、最隣接点とσ結合を結ぶことで＜110＞方向に1次元鎖を形成していると考えられている。この鎖の上を非局在化した電子がホッピングすることで1次元的な伝導を行い、不純物の存在によって電圧方向にのみ電子が流れやすくなっていると思われる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の課題として、以下の２点があげられる。
1，電子状態を光電子分光や逆光電子分光を用いて直接観察し、実際にギャップができているかを確認する。
2，Mg1.0Fe1.5Ti0.5O4 / SrTiO3:Nb接合のバンドダイアグラムを作成し、磁気抵抗の原因を明らかにし、さらに詳しい電流-磁場特性を調査することでデバイスとしての機能、利点を明らかにする。
これらの材料に関する検証を終えた後、本研究の鍵となる”ゆらぎ”物性の検証を光磁気特性評価により実施する予定である。このため次年度には検証のための計測装置を作製する。そしてゆらぎデバイス実証へと進めて行く予定である。
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