シリコン基板上ナノ構造誘起L10規則化強磁性体の実現と単電子スピンデバイスの創製

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本年度は、電子線リソグラフィと電子線蒸着を組み合わせたリフトオフプロセスの最適化により、線幅20-30 nmの(Co/Pt)n多積層ナノワイヤをSi/SiO2基板上に再現性よく作製するための造形プロセスを確立した。その後、作製したナノワイヤにアニール処理を施すことで、10 nmスケールの非常に小さな曲率半径に起因したアニール中の原子の表面拡散と極めて大きな内部ストレスをL10規則化の駆動力として利用した、CoPtナノワイヤの「ナノ構造誘起L10規則化」を実現した。アニール後のCoPtナノワイヤのナノ構造誘起L10規則化を、走査電子顕微鏡 (SEM)、放射光を用いたすれすれ入射X線回折 (GI-XRD)、振動試料型磁力計 (VSM)、走査透過電子顕微鏡 (STEM) により解析した。二次元GI-XRD画像より、L10-CoPt 001, 110に起因する超格子反射を観察したことから、ナノワイヤのL10規則化を確認した。SEM観察とVSM測定結果より、ナノ構造誘起L10規則化CoPt強磁性ナノワイヤは、20-30 nmの線幅を有し、10 kOe以上の大きな保磁力を示すことを明らかにした。また、断面STEM像より、L10-CoPtに起因するCoとPtの単原子積層構造を確認した。さらに、極微電子回折 (NED) においても、L10-CoPtに起因する超格子反射を観察したことから、ナノワイヤのL10規則化を確認した。また、本年度は、ナノ構造誘起L10規則化CoPt強磁性ナノワイヤを用いてホール素子を作製し、異常ホール効果の測定を行った。その結果、ナノワイヤの線幅が10 umから100 nmに減少するにつれてホール抵抗率が減少する、ホール抵抗率に対するナノワイヤの線幅依存性を確認した。