欠陥強磁性酸化物薄膜の合成と構造解析

有缺陷的铁磁氧化物薄膜的合成与结构分析

基本信息

批准号：
20047008
负责人：
田中勝久
金额：
$ 3.07万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20047008/
关键词：
酸化物薄膜強磁性欠陥構造解析非晶質ユウロピウム界面

项目摘要

スピントロニクスへの応用を目指したMnドープZnOやCoドープTiO_2など磁性不純物を含む酸化物半導体の強磁性の起源に関する研究の過程で、HfO_2やSc^<3+>を添加したZnOなど磁性イオンを含まない酸化物が作製条件によっては室温で強磁性的挙動を示すことが明らかにされた。これらの物質では酸素欠陥に捕獲された不対電子が強磁性を担うとするモデルがあるが、微視的な構造に関しては不明な点が多い。本研究では、このような欠陥強磁性酸化物を薄膜として合成し、強磁性的挙動を導く機構を解明する目的で実験を遂行した。さらに、「機能元素のナノ材料科学」の範疇において磁気モーメントを持つ元素(広く点欠陥も含む)を機能元素として捉え、ナノ構造を薄膜に特化し、準安定相が凍結された薄膜における強磁性の実現と結晶構造に基づく機構の解明、複数の価数のカチオンからなる固溶体薄膜の合成、磁性の評価、精密な構造解析に基づく磁気的性質の説明へと研究を展開した。まず、パルスレーザー堆積法を用いて作製した非晶質TiO_2薄膜が結晶と同様の室温強磁性を示すことを見いだした。作製条件が磁気的性質に及ぼす影響を調べることにより、基板と薄膜の界面付近に局在したTi^<3+>と酸素欠陥由来のスピンが強磁性の起源であり、Ti^<3+>とF^+中心の間に形成される束縛磁気ポーラロンがスピンの強磁性的配列を安定化すると推測した。また、磁性半導体の一種であるイルメナイト-ヘマタイト固溶体薄膜において、X線回折パターンは無秩序相に対応しているにもかかわらず、磁化の温度依存性がフェリ磁性的となる場合があり、これまでその原因が不明であったが、本研究のHAADF-STEMを用いた詳細な結晶構造解析により、X線回折からは無秩序相と思われていた薄膜がantiphase boundaryを含む秩序相からなり、秩序相がフェリ磁性的な挙動に寄与していることが明らかになった。

在氧化物半导体的功能障碍的过程中，包括磁性杂质，例如Mn Dope Zno Zno和Co Dope tiO_2，旨在应用于Spintronics，含有HFO_2和SC^<3+>的磁离子，均显示出磁离子氧化物根据生产条件显示在室温下的铁磁行为。在这些物质中，有一些模型被氧缺陷捕获，这些模型受铁磁性的影响，但有关显微镜结构的观点未知很多。在这项研究中，进行了实验，以阐明像薄膜这样的缺陷铁磁氧化物并阐明指导铁磁行为的机制。此外，在“纳米材料科学的功能元素”类别中，具有磁矩（包括宽点缺陷）的元素被视为功能元素，纳米结构专门用于薄膜，而准稳定的相位是冻结。我们研究了基于实现和晶体结构的阐明机制的研究，合成了固体薄膜，由多重价值的阳离子，磁性特性评估以及基于精确结构分析的磁性特性的解释。首先，发现使用脉冲激光沉淀方法产生的非晶体TIO_2薄膜表明与晶体具有相同的室温性障碍性能。通过检查生产条件对磁性特性的影响，源自氧气缺陷的Ti^<3+>自旋，该缺陷位于底物和薄膜之间的界面附近，是铁磁性的起源，是Ti^<< 3+>假定在F^+中心之间形成的结合磁极稳定旋转的铁磁序列。此外，在irmenite-hematite固溶薄膜中，尽管X射线衍射模式与无序相对应，但X射线衍射图可能是铁磁性的在本研究中使用HAADF-STEM的结构分析，被认为是X射线疾病的薄膜基于阶阶段，包括反相边界，而阶阶段是订单阶段表明它有助于铁磁行为。