2015 Fiscal Year Annual Research Report
非磁性金属におけるナノスケール下での強磁性の発現および外場による磁性制御
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15J00298
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
櫻木 俊輔 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ磁性 / 表面・界面磁性 / 量子井戸状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、金属(Pd)中に量子井戸状態により誘起された強磁性の発現機構を電子状態の観点から明らかにし、その知見を基に外場による金属量子井戸の変調を用いた強磁性-非磁性スイッチングを実現することである。今年度得られた成果は以下の通りである。
1. 第一原理計算による電子状態評価の精度の向上を目的として、放射光X線によるPd(100)超薄膜のin-situ構造解析実験を実施した。X線反射率のPd膜厚依存性を評価したところ、Pd(100)中に強磁性が強く現れる際にPdの結晶の均一性が向上していることが明らかになった。加えて、表面X線回折測定により強磁性Pd(100)の格子定数を評価したところ、Pdの面直方向格子定数に1-2%程度の格子膨張が観測された。理論計算からPdにおいて格子膨張が強磁性の発現に有利にはたらくことが予想されており、よって本結果からPdが強磁性状態を安定化させるために自ら結晶構造を変化させた可能性が示唆された。
2. SrTiO3基板の構造相転移を利用しPd(100)超薄膜の界面構造が変化した際に生じる磁性変化を議論した。強磁性Pd(100)/SrTiO3において磁化の温度依存性測定を繰り返し行った結果、SrTiO3の構造相転移に伴いPd/SrTiO3界面に低密度なPd層が析出した。低密度Pd層の発生初期段階では、Pd中の量子井戸状態における有効膜厚が変調されることでPd(100)の磁気モーメントの大きさが変化した。また、低密度Pd層が増大するとPd/SrTiO3界面の結晶性が低下し、それによりPd(100)中から強磁性が消失することが示された。本研究成果は界面操作により量子井戸状態によって誘起された物理特性が変調されることを示唆するものであり、界面操作をプローブとして量子井戸誘起強磁性の発現するメカニズムを調査することが可能であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、金属中の量子井戸誘起強磁性の発現機構を電子状態の観点から理解し、原理に基づいた磁性スイッチングを実現することである。本年度、Pd(100)超薄膜の電子状態の評価を行うために放射光による厳密な構造解析実験を実施した。その結果、Pd中に量子井戸状態に起因した自発歪みが観測され、それが強磁性の発現に寄与している可能性が明らかとなった。本成果は量子井戸状態-磁性-構造の3要素を結びつけるといったナノ磁性材料の物理に新たな視点を与えるものであり、当初の目標を超える研究の進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究により量子井戸誘起強磁性を発現するPd(100)超薄膜の構造モデルが実験的に明らかになった。次年度はそのモデルを元に第一原理計算を実施し、放射光による分光測定との比較から電子論的に量子井戸誘起強磁性の発現するメカニズムを議論する。また、磁性スイッチングの実現に関して計画当初は電界効果による量子井戸状態の変調を用いることを予定していた。本年度、自発歪みが量子井戸誘起強磁性の発現に寄与していることが明らかになったため、電場に加えて歪みの印加による磁性スイッチングの実現可能性について調査を行う。
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Research Products
(10 results)
