| 研究課題/領域番号 |
25287077
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
中川 剛志 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (80353431)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 表面磁性 |
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| 研究概要 |
本年度は主に１）Co/W(110)の磁気異方性の測定、２）タングステン表面上での鉄単原子鎖の作成、３）低温STMの立ち上げを行った。
１）Coは３ｄ金属の中では単体で最も高い磁気異方性エネルギーをもつ。そのため、2次元表面でも高い異方性エネルギーを示す。その例として、重金属であるPtの(111)表面上の単層Coは5T程度の巨大な保磁力を示す（ただし、磁気異方性エネルギーはいまだ求められていない）。一方、Co原子二層になると保磁力は１T以下に低下する。そこで同様に重金属であるW上のCo単層の磁気異方性と保持力について研究した。X線磁気円二色性測定、SMT観察の結果、単層Coは強磁性体ではなかった。全体の磁化がゼロであるや線二色性測定からCoが反強磁性的結合していることを明らかにした。2層Coの保磁力は1.7Tであり、Pt(111)上単層Coに比べると低い値であるが、原子二層であると考慮すると、十分に高い値であった。
２）W(112)面上に鉄を成長させ、低速電子回折（LEED)により観察した。W(112)は一次元原子溝を持つ凹凸のある表面である。そのため、一次元原子鎖の鋳型となりうる。我々は原子１層の鉄をW(112)へ蒸着し、LEEDパターンを観察した。鉄蒸着後のLEEDパターンは基板と同じ１x１周期であり、かつ回折点の幅は基板のみの場合と同等であった。これより、鉄が一次元原子溝に沿って成長していると考えた。更にLEEDパターンの入射電子エネルギー依存性を測定した。このデータから詳細な鉄吸着構造を解析している途中である。
３）ナノワイヤーなどの低次元構造を直接観察するために低温STMを導入した。現在、グラファイトをテストサンプルとして、８０Kの以下で動作することを確認できた。STMに付随する真空蒸着槽も整備し、電子ビーム蒸着法を用いて単原子層試料を作成する準備が整った。
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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
ナノ構造の結晶方位制御とその磁性との相関を明らかにすることが本研究の目標である。本年度はCo/W(110)のナノ磁石の保磁力の膜厚依存性や反強磁性などこれまで多数の研究が行われているが、長い間不明であった磁気特性を明らかにすることができた。
また鉄の単原子鎖の作成を行った。作成に成功しているかの確証を得るにはSTM、LEED解析が必要であるが、想定通りの基板と同周期で、回折点の幅の狭い電子回折測定結果が得られた。これより鉄単原子鎖ができていると考えている。
1年目にステップ表面を鋳型としたナノ構造を作成する予定であったが、STM立ち上げに時間を掛けたため着手できていない。本年度、早急に挽回するように取り組む。
申請内容にはなかったがSTM装置を購入した。ナノ構造の直接観察をし、ナノ構造制御を用意にするために導入した。そのため実験室内での磁気測定が手薄になっているが、いままで以上に放射光施設で十分なマシンタイムを得て、磁気測定を行ったため問題はない。
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| 今後の研究の推進方策 |
W(112)面やステップ表面を鋳型にし、一次元鎖、ナノドットなどのナノ構造の作成を行う。作成したナノ構造の保磁力、磁気異方性エネルギーを測定し、磁区反転機構の推定をし、５T越えの巨大保磁力を持つ、ナノ構造作成の指針を得ることを目指す。特に、磁壁方位と保磁力、磁気異方性エネルギーの関係を実験的に明らかにする。
そのために実験室で簡単に磁化測定できる磁気光学Kerr効果装置を導入する。STM立ち上げではスピン偏極機能を追加し、磁壁を原子レベルで直接観察できるようにする。
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