微小磁気プローブを用いた磁性半導体の磁区構造解明

使用微磁探针阐明磁性半导体的磁畴结构

• 批准号: 15034207
• 负责人: 長谷川 哲也
• 金额: $ 1.28万
• 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 on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15034207/
• 关键词: 走査プローブ顕微鏡; 磁性半導体; 磁区構造; 微小SQUID

強磁性材料では一般に磁区構造をとり、その形状やサイズは、磁化の大きさや異方性エネルギーなどの材料に固有のパラメータを反映するばかりでなく、不純物や組成揺らぎといった外的要因によっても様々に変化する。また一方で、磁区の境界はキャリアの散乱源となる。従って、磁性半導体の磁区構造を詳細に知ることは、応用上も極めて重要であるが、ナノ〜メゾスコピックレベルの空間分解能が必要である上、極低温下での計測が不可欠であることから、その測定例は極めて少ない。本研究では、微小磁気プローブを用い、Ga_<1-x>Mn_xAsを中心とした磁性半導体の磁区構造解明を目的とした。具体的には、走査型SQUID顕微鏡(SSM)を用いて(Ga, Mn)Asの磁区構造をMn組成、膜厚、温度の関数として詳細に調べ、標準データとしで蓄積するとともに、その背景にある物理の理解を目指した。まず、膜厚依存性について調べた結果、膜厚が薄い面内磁化試料では、"charged wall"と呼ばれる特異な構造が出現することを見出した。その成因についてHubertらにより提案されたモデルを用いて解析した結果、i)「希薄磁性」であるため磁化の値が比較的小さくネール磁壁が安定化している、ii)バンド構造を反映して面内の磁気異方性が小さい、などの理由によりcharged wallのエネルギーが低下しているという結論を得た。上記SSMの空間分解能はミクロンレベルであり、特に超薄膜やデバイス構造内の磁区を測定するには不十分である。このため、数十nmの空間分解能を有する磁気力顕微鏡装置(MFM)を開発した。同装置は、超高真空仕様であり、極低温から室温まで温度可変である。また、3kOeまでの外部磁場を印加することが可能である。

铁磁材料通常具有磁性结构域结构，其形状和大小不仅反映了材料固有的参数，例如磁化强度和各向异性能量，而且还根据诸如杂质和组成波动等外部因素而变化。另一方面，磁域的边界是载体散射的来源。因此，在应用中了解磁性半导体的磁域结构非常重要，但是由于需要在纳米 - 听觉水平下的空间分辨率，而且在极低温度下的测量是必不可少的，因此测量的示例很少。在这项研究中，我们使用了微磁探针来阐明磁性半导体的磁性域结构，以GA_____X> Mn_xas为中心。具体而言，我们使用扫描鱿鱼显微镜（SSM）研究了（GA，MN）的域结构，并详细研究了MN组成，膜厚度和温度的函数，并作为标准数据积累，并旨在了解其背后的物理学。首先，我们研究了薄膜厚度依赖性，发现平面内磁性样品具有薄膜厚度，这是一种称为“带电墙”的独特结构。使用Hubert等人提出的模型对此进行了分析，并得出结论，由于它是“稀释磁性”的事实，导电壁的能量被降低，并且稳定了Nerge结构域壁，II）由于平面反映带结构的平面中的低磁极性。 SSM的空间分辨率位于微米水平，不足以测量磁性域，尤其是在超薄膜和设备结构中。因此，已经开发了具有几十nm的空间分辨率的磁力显微镜设备（MFM）。该设备是超高的真空吸尘器，从极低温度到室温的温度变量。也可以应用最多3KoE的外部磁场。

项目成果

T.Y.Kim, T.Hasegawa ら: "Magnetic Domain Structure of Growth Temperature-Gradient Sm_2Mo_2O_7 Thin Film Investigated by Scanning SQUID Microscopy"Physica B. 329. 1046-1048 (2003)

T.Y.Kim、T.Hasekawa 等：“通过扫描 SQUID 显微镜研究生长温度梯度 Sm_2Mo_2O_7 薄膜的磁畴结构”Physica B. 329. 1046-1048 (2003)

T.Fukumura, T.Hasegawa ら: "Exploration of Oxide-based : Diluted Magnetic Semiconductors toward Transparent Spintronics"Appl.Surf.Sci.. 223. 62-67 (2004)

T.Fukumura、T.Hasekawa 等人：“基于氧化物的探索：稀磁半导体走向透明自旋电子学” Appl.Surf.Sci.. 223. 62-67 (2004)

T.Fukumura, T.Hasegawa ら: "Magneto-Optical Spectroscopy of Anatase TiO_2 Doped with Co"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L105-L107 (2003)

T.Fukumura、T.Hasekawa 等人：“锐钛矿型 TiO_2 掺杂 Co 的磁光光谱”Jpn.J.Appl.Phys. 42. L105-L107 (2003)

X.R.Zhao, T.Hasegawa ら: "Magneto optical Imaging for High-throughput Characterization of Combinatorial Magnetic Thin Films"Appl.Surf.Sci.. 223. 73-77 (2004)

X.R.Zhao、T.Hasekawa 等人：“用于组合磁性薄膜高通量表征的磁光成像”Appl.Surf.Sci.. 223. 73-77 (2004)

H.Sugaya, T.Hasegawa ら: "Scanning SQUID Microscopy on Compsition-Spread NdSrMnO Films under Irradiation"Physica B. 329. 787-788 (2003)

H.Sugaya、T.Hasekawa 等人：“在辐射下复合扩散 NdSrMnO 薄膜上扫描 SQUID 显微镜”Physica B. 329. 787-788 (2003)