鉄薄膜界面の電子状態変化による界面磁気構造・相転移の制御

通过铁薄膜界面电子态变化控制界面磁结构和相变

基本信息

批准号：
19K05261
负责人：
河内泰三
金额：
$ 2.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、界面磁気構造・相転移の制御を鉄薄膜の電子状態変化によって制御することを念頭に、まず初めに、電荷秩序の相転移としてフェルベー転移の名で知られる金属―絶縁体転移を伴うフェリ磁性体として知られるマグネタイト（四酸化三鉄）（１１１）表面における電子状態変化と磁性との相関を、５７Ｆｅ同位体をプローブとする放射光核共鳴散乱法を用いて調べた。マグネタイト中の鉄は四面体サイト状的に酸素に囲まれるＡサイトにＦｅ３＋と八面体的に８個の酸素に囲まれるＢサイトにＦｅ２＋及びＦｅ３＋があり、フェルベー転移温度の１２２Ｋを境として、低温では、ＢサイトにおけるＦｅ２＋とＦｅ３＋が電荷秩序状態をとり、転移温度以上では、Ｂサイトにおける鉄の価数が無秩序化して平均してＦｅ２．５＋（２＋／３＋）をとると考えられている。表面を、試料温度５００、２９７、８５Ｋで観測した結果、フェルベー転移温度１２２Ｋ以上では、ＢサイトＦｅ（２＋／３＋）成分とＡサイトＦｅ３＋成分が観測されていたのに対し、８５Ｋでは、Ｂサイト２＋に相当する成分とＢサイトＦｅ３＋及びＡサイトＦｅ３＋に相当する成分に相当する成分が観測され、表面においてもフェルベー転移を示唆する結果となった。一方、フェリ磁性を呈してるＦｅ３＋サイトおよびＦｅ２＋サイトの内部磁場の大きさ及び比率を解析した結果は、フェルベー転移におけるバルクで観測された変化とと同様な温度変化を示すという結果が得られた。表面における鉄の電子状態変化に伴う異なる鉄原子サイトの磁性変化の観測可能とできたことにより、界面に５７Ｆｅプローブ層を挿入することにより、界面の電子状態制御にともなう、界面磁気構造制御の観測可能量とできることを確認することができた。

今年，我们将首先关注通过铁薄膜电子状态的变化来控制界面磁结构和相变，并首先引入称为费贝转变的金属-绝缘体转变作为电荷顺序的相变。使用 57Fe 同位素作为探针，使用同步加速器辐射核共振散射研究了被称为亚铁磁材料的磁铁矿（四氧化三铁）（111）表面电子态变化与磁性之间的相关性。磁铁矿中的铁在A位有Fe3+，被氧原子包围成四面体，B位有Fe2+和Fe3+，被8个氧原子包围成八面体。人们认为，在低温下，B位的Fe2+和Fe3+呈现电荷有序状态，而在转变温度以上，B位铁的价态变得无序，平均呈Fe2.5+（2+/ 3+）。在样品温度500、297、85K下观察表面的结果发现，在费贝转变温度122K以上观察到B位Fe(2+/3+)成分和A位Fe3+成分。，而在85K时，观察到对应于2+的B位Fe(2+/3+)成分和A位Fe3+成分、对应于B位Fe3+的成分以及对应于A位Fe3+的成分。观察到，结果表明表面上也存在费贝跃迁。另一方面，对表现出亚铁磁性的Fe3+位点和Fe2+位点的内部磁场的大小和比率进行分析的结果表明，温度变化与Ferbe转变期间在块体中观察到的温度变化相似。通过使观察到由于表面铁电子态的变化而导致的不同铁原子位点的磁性变化成为可能，我们可以通过插入一个控制界面的电子态来观察界面磁结构的控制。界面上的 57Fe 探针层我能够确认什么是可能的以及我可以做什么。