薄膜成長プロセス制御による複合酸化物薄膜の強磁性化

通过控制薄膜生长过程制备铁磁性复合氧化物薄膜

• 批准号: 22K18903
• 负责人: 白土 優
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18903/
• 关键词: 磁性材料; 薄膜; スピントロニクス; 結晶成長

自然界に存在する多くの材料は酸化物であり、磁性（磁気的性質）の観点では、磁石にならない反強磁性と呼ばれる性質を示す。事実、単元素・室温で磁石になる元素はFe,Co,Niに限られており、現在実用化されている磁石はすべて、FeやCoを主成分としている。すなわち、もし酸化物の反強磁性を制御し、強磁性化（磁石化）することができれば、磁性材料の元素戦略・材料選択性を飛躍的に向上させることが可能になり、磁性材料設計の大きな転換点となる可能性を秘める。材料の磁性は、磁気モーメントと呼ばれる原子レベルの磁石（N‐S極）がどのように配列するかに依存し、反強磁性では隣り合う磁気モーメントが互いに向きを打ち消しあうように配列している。本研究では、材料形成の際の作製プロセスにおいて、この磁石の相反的な配列の一部を、磁気モーメントを持たない元素で置換する手法で、反強磁性材料の強磁性化（正確には、フェリ磁性化）する手法を開発する。具体的には、反強磁性材料であるCr2O3に対して、薄膜の成長過程で非磁性元素（Alなど）を添加することによる磁性の改質、ならびに、その発現メカニズムを実験的に解明することを目的とする。これらの成果をもとに、通常は磁石にならない材料を磁石化することのできる新規材料作製手法の構築を目指している。2022年度は、Cr2O3薄膜にAlを添加することで反強磁性からフェリ磁性へ改質できること、ならびに、発現するフェリ磁性のAl添加量による変化、結晶成長との関連を明らかにした。これらの成果の一部は、国内外の講演大会、学術論文で発表済みである。

自然界中存在的许多材料是氧化物，从磁性特性（磁性特性）的角度来看，它们表现出一种称为抗铁磁磁性的特性，该特性不会变成磁铁。实际上，只有在室温下成为磁铁的元素是Fe，Co和Ni，以及目前用于实际使用的所有磁铁，主要是Fe and Co的一致性。材料的磁性取决于如何布置原子级磁体（NS极点），称为磁矩，在反铁磁磁性中，相邻的磁矩被排列，以便它们互相取消。在这项研究中，我们将开发一种方法，用于通过用在形成材料时在制造过程中没有磁性矩的元素来代替这些磁体的相互排列的一部分，来制定一种（或更精确的铁磁）抗铁磁材料。具体而言，目的是通过在薄膜的生长期间将非磁性元素（例如Al）添加到CR2O3（例如Al）和表达机理的过程中，通过将非磁性元素（例如Al）添加到CR2O3（例如Al）来实验阐明磁性重整。基于这些结果，我们旨在创建一种新的材料生产方法，该方法可以将通常不是磁铁的材料转变为磁铁。在2022财年，我们澄清说，通过将Al添加到CR2O3薄膜中，它可以从抗磁磁性变为铁磁剂，以及由于添加的Al添加量和晶体生长而表达的铁磁性变化之间的关系。其中一些成就已在国内和国际演讲会议和学术论文中提出。