スピン偏極STMによる磁性超薄膜ヘテロ構造の原子スケール交換結合特性に関する研究

自旋极化STM研究磁性超薄膜异质结构原子尺度交换耦合特性

基本信息

批准号：
17J04036
负责人：
中島脩平
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

原子スケールの観点から磁性ヘテロ構造の界面構造と界面電気・磁気特性の微視的な相関を解明するため、本研究は構造と磁性が非常に密接に関わる磁性体として知られる強磁性Fe薄膜に反強磁性Mn薄膜を積層した磁性ヘテロ構造に着目した。Cu(001)基板上の面直磁化を示すFe強磁性薄膜(10原子層以下)上に成長したMn超薄膜(5~8原子層)によるMn/Feヘテロ構造を対象に、放射光施設UVSOR BL-4BにおいてX線吸収分光法/磁気円二色性(XAS/XMCD)測定を行い、東京大学物性研究所においてスピン偏極走査トンネル顕微鏡/分光法(SP-STM/STS)を行った。まず放射光XAS/XMCDにより明らかにした埋もれたFe超薄膜の磁気異方性の変化をSTMによるMn超薄膜の成長に伴う表面・界面構造の変化とSTS分光測定による局所電子状態の変化、及び第一原理計算による7原子層のFe超薄膜が持つ電子状態との対応を考察することにより、Fe超薄膜の磁気異方性変化の起源を明らかにした。続いて、Mn超薄膜表面のスピン偏極準位及び磁気構造を、磁性薄膜コーティングしたプローブを用いたSP-STM/STSにより明らかにした。原子スケール表面磁気イメージングにより、Fe超薄膜上のMn超薄膜は同一テラスで数十ナノメートル(nm)の幅を持った磁気ドメインを形成していることが分かった。この磁気ドメイン観測は埋もれたFe超薄膜とMn超薄膜の交換結合によるもののため、埋もれたFe超薄膜も同様に数十nmの磁気ドメインを形成し磁気的に安定する。またSP-STMによる原子スケール磁壁幅評価により、非常に大きな磁気異方性エネルギーを持つことが明らかとなった。以上の結果、SP-STM/STSとXAS/XMCDの両手法を有機的に組み合わせることで原子スケールの観点から磁性ヘテロ構造の構造と磁性の相関を解明した。

为了阐明磁异质结构的界面结构与界面电气和磁性特性之间的显微镜相关性，这项研究集中在磁异质结构上，在该磁异质结构中，在该磁性异质结构中，抗铁磁性MN薄膜薄膜被层压成具有磁性磁性材料的磁性材料，并具有非常紧密的磁性材料之间的结构，并具有很密切的关系。 X射线吸收光谱/磁圆二色症（XAS/XMCD）测量在Fe Feromagnetic薄膜（10个或更少）上生长的超薄MN膜（5至8个原子层），在CU（10或更少）上显示在CU（001）scu（001）scuntrate/scanning scanning sperpried（001）scanning sperpried/scanning promcipery（001），并进行了较小在东京大学的物理财产研究所进行。 First, we investigated the changes in magnetic anisotropy of buried ultrathin Fe films revealed by synchrotron radiation XAS/XMCD between changes in surface and interface structures associated with the growth of ultrathin Mn films by STM, changes in local electronic states by STS spectroscopy, and the electronic states of 7-atom layers of Fe films by first principle calculations, and the origin of the magnetic anisotropy of the ultrathin FE电影。随后，使用磁性薄膜涂层探针通过SP-STM/ST揭示了超薄MN膜表面的自旋偏振水平和磁性结构。原子尺度的表面磁成像表明，超薄Fe膜上的超薄MN膜形成磁性域，在同一露台上具有几十纳米（NM）的宽度。由于该磁性域观察是由埋入的超薄FE和超薄MN膜之间的交换耦合引起的，因此埋入的超薄FE膜类似地形成了几十nm的磁性域，从而使它们在磁性上稳定。此外，使用SP-STM的原子量表结构域壁宽度评估表明，它具有非常大的磁各向异性能量。结果，通过有机地结合SP-STM/ST和XAS/XMCD方法，从原子尺度的角度来看，磁异质结构的结构和磁性之间的相关性得到了阐明。