ブリルアン散乱による磁性超薄膜のスピン波分光研究

使用布里渊散射的超薄磁性薄膜的自旋波谱

基本信息

批准号：
07640461
负责人：
吉原章
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の薄膜作製技術の進歩により単結晶金属超薄膜の作成が可能になった。また、ブリルアン散乱装置の測定感度の向上は、金属磁性体の高感度スピン波分光研究を可能にした。本研究では世界最高レベルの薄膜作成技術とブリルアン散乱装置の組み合わせにより、磁性超薄膜におけるスピンダイナミックスの研究、飽和磁化と表面磁気異方性定数の定量的評価を目的とした。測定に用いた試料は電総研でMBE法を用いて作成された単結晶Au/Fe(楔)/Au超薄膜(最大膜厚8.9A)である、ブリルアン散乱測定には申請者が自作した超高感度・高分解能3+3パス型タンデム型ファブリ・ペロ-干渉計を用いた。測定は全て室温で行ない、膜厚8.9,6.5,3.9及び2.6Aについて、4.5kOeまでの磁場を加えスピン波振動数の磁場依存性を決定した。特に、膜厚2.6A(1.8原子層)においてもシャープなスピン波ピークを観測することが出来たことが本研究における重要な成果である。このことは、2原子層以下の膜厚においても室温で良く定義された強磁性秩序が形成されていることを意味する。更に、スピン波振動数の磁場依存性の解析から、この膜厚における飽和磁化がバルク値の約80%に面達することが分かった。超薄膜における磁気秩序の発現機構は未だ良く解かっていないが、本研究の結果はその解明に大きく寄与するものである。Au層で挟まれたFe膜の表面磁気異方性は面直方向を安定化させるため、膜面内を安定化させる形状磁気異方性を競合し、膜厚〜3A付近で面内磁化から垂直磁化へ移行することが分かった。この結果は、表面磁気光学カー効果を用いて測定された磁化のヒステリシス曲線の結果と良い対応を示す。本研究により、ブリルアン散乱が極めて高いスピン波検出感度を有すること、また磁気定数を精度良く決定できることが示され、単原子層膜の磁性研究への道が開かれた。

薄膜制造技术的最新进展使得制造超薄单晶金属薄膜成为可能。此外，布里渊散射装置测量灵敏度的提高使得对磁性金属进行高灵敏度的自旋波谱研究成为可能。在本研究中，我们旨在结合世界最高水平的薄膜制造技术和布里渊散射设备，研究超薄磁性薄膜中的自旋动力学，并定量评估饱和磁化强度和表面磁各向异性常数。用于测量的样品是采用ERI A灵敏、高分辨率3+3-pass tandem的MBE方法制备的单晶Au/Fe（楔形）/Au超薄膜（最大膜厚8.9A）。使用法布里-珀罗干涉仪。所有测量均在室温下进行，对于 8.9、6.5、3.9 和 2.6 A 的薄膜厚度，施加高达 4.5 kOe 的磁场以确定自旋波频率对磁场的依赖性。特别是，本研究的一个重要成果是，即使在膜厚为2.6A（1.8原子层）的情况下，我们也能够观察到尖锐的自旋波峰。这意味着即使在两个原子层或更小的膜厚度下，在室温下也能形成明确的铁磁有序。此外，对自旋波频率的磁场依赖性的分析表明，该膜厚度下的饱和磁化强度达到体值的约80%。尽管超薄膜中磁序的机制仍不清楚，但这项研究的结果将极大地有助于阐明这一点。夹在Au层之间的Fe薄膜的表面磁各向异性稳定了垂直方向，因此它与稳定面内方向的形状磁各向异性竞争，并且面内磁化强度在~3A It的薄膜厚度附近变化。发现磁化强度转变为垂直磁化强度。该结果与利用表面磁光克尔效应测量的磁滞曲线的结果具有良好的一致性。该研究表明布里渊散射具有极高的自旋波探测灵敏度，并且可以高精度测定磁常数，为单原子层薄膜磁性的研究铺平了道路。