強磁性規則合金の磁性制御と偏極可変スピン源への展開

铁磁有序合金的磁控制及极化可变自旋源的发展

基本信息

批准号：
10J08370
负责人：
鈴木一平
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

FeRh規則合金の反強磁性一強磁性転移温度が、基板との格子不整合に起因した格子歪によって変調可能であることから、BaTiO_3の構造相転移を利用した格子歪制御によって磁気転移を制御することを試みた。FeRhの磁気転移温度は400K付近でありBaTiO_3の構造相転移温度では反強磁性状態が安定である。そこで3元同時蒸着MBE法を用いてGaを添加し磁気転移温度を下げることで強磁性状態をより安定化させ、磁気状態に格子歪の影響を反映しやすい状態にしたFeRh合金をBaTiO_3基板上に成長し、磁化の温度依存性を測定したところ、特に冷却過程において290K付近及び190K付近に磁化の大きな変化が見られた。これらの温度はBaTiO_3の正方晶から斜方晶、斜方晶から菱面体晶への相転移温度にそれぞれ一致する。特に190K付近では磁化の大きな減少がみられた。この変化前後の温度で磁化の磁場依存性を測定したところ、飽和磁化の値が減少していた。これは、BaTiO_3の斜方晶から菱面体晶への相転移に伴い界面歪変化によってFeRhに強磁性から反強磁性への磁気転移が誘起されたことを示唆している。一方で、290K付近では磁化が増大したが、磁化の磁場依存性においては飽和磁化の値は変化していないことから、BaTiO_3の正方晶から斜方晶への相転移に伴うFeRhの磁気異方性の変化を反映したものと考えられる。以上よりBaTiO_3の構造相転移を制御することでFeRhの磁気状態が制御可能であることを実証することができた。しかしながら、高品質なFeRh規則合金薄膜の作製には高温下での成長が必須であるため、GaAs上へのFeRh合金の成長は困難であり、GaAs/AlGaAs量子井戸を利用したFeRhから半導体へのスピン注入は達成されなかった。

由于FeRh有序合金的反铁磁-铁磁转变温度可以通过与基底晶格失配引起的晶格应变来调节，因此可以利用BaTiO_3的结构相变来控制磁转变。 FeRh的磁转变温度在400K左右，反铁磁态在BaTiO_3的结构相变温度下稳定。因此，采用三元共蒸发MBE方法，添加Ga来降低磁转变温度，使铁磁态更加稳定，更容易体现晶格应变对磁态的影响。FeRh合金沉积在当测量磁化强度的温度依赖性时，特别是在 290K 和 190K 左右的冷却过程中，观察到磁化强度的较大变化。这些温度分别对应于BaTiO_3从四方晶系到斜方晶系以及从斜方晶系到菱方晶系的相变温度。特别是在 190K 附近观察到磁化强度大幅下降。当我们测量这种变化前后温度下磁化强度的磁场依赖性时，我们发现饱和磁化强度值下降了。这表明，FeRh 中从铁磁性到反铁磁性的磁转变是由于 BaTiO_3 中从正交晶系到菱面体晶系的相变所伴随的界面应变变化而引起的。另一方面，尽管磁化强度在290K附近增加，但就磁化强度对磁场的依赖性而言，饱和磁化强度值没有变化，这被认为反映了性别的变化。由此可见，FeRh的磁性状态可以通过控制BaTiO_3的结构相变来控制。然而，在 GaAs 上生长 FeRh 合金很困难，因为高温生长对于生产高质量 FeRh 有序合金薄膜至关重要，但尚未实现。