スピン偏極STMで探る層状反強磁性体のスピンフラストレーション

使用自旋极化 STM 探索层状反铁磁体中的自旋挫败

• 批准号: 21K04881
• 负责人: 川越 毅
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka Kyoiku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04881/
• 关键词: スピン偏極STM; 反強磁性磁区形成; スピンフラストレーション; Cr(001)薄膜; 層状反強磁性; Cr(001)表面

Cr(001)薄膜ではらせん転位密度がバルクCr(001)表面の100倍以上あるため、多彩なスピンフラストレーション（SF）が観察される可能性がある。本年度はこれまで磁気像観察が困難であった１０原子層厚(1.5nm）Cr(001)薄膜のスピン偏極ＳＴＭ像観察に挑戦した。１０原子層厚Cr(001)薄膜はAu(001)清浄表面上に室温でCr蒸着後、520K熱処理することにより、原子レベルで平坦なテラスを有する高品位なエピタキシャルCr(001)薄膜を作成し、スピン偏極STM観察は超高真空下・室温でFe/W探針を用いて行った。スピン偏極STM観察では形状像と磁気像を同じ場所で同時に観察することができる。形状像から、原子レベルで平坦なテラス、単原子ステップ、らせん転位などが明瞭に観察された。磁気像では(a)１原子層異なるごとに磁化方向が反転する層状反強磁性に加え(b)２個のらせん転位間、(c)３個のらせん転位を結ぶ領域でSFが観測された。b)とc）の結果は、両者ともにこれまでに観測されたらせん転位に伴う層状反強磁性特有のスピンフラストレーションである。これまで膜厚3 nm以上のCr(001)薄膜で、層状反強磁性が室温で観測されているが、10原子層厚であっても室温で依然として層状反強磁性が観測された。さらに(ｄ)これまでCr(001)薄膜で観測されたことのない b)とc）とは大きく異なるSFが観測された。観測された形状像と磁気像を詳細に調べた結果、新たに観測されたSFは“隣接する２組のらせん転位による量子化軸が９０度回転した反強磁性磁区の形成とらせん転位近傍に限定されないSF”であることが分かった。観察された磁気像のSFが、隣接する２組のらせん転位による起因することを実証するためマイクロマグネティック・シミュレーションによる磁区構造の検証も行った。

Cr (001) thin film で は ら せ ん planning a density が バ ル ク Cr (001) surface の 100 times more あ る た め, colorful な ス ピ ン フ ラ ス ト レ ー シ ョ ン (SF) が 観 examine さ れ る possibility が あ る. This year's は こ れ ま で magnetic 気 difficulties like 観 examine が で あ っ た 10 atomic layer thickness (1.5 nm) Cr (001) thin film の ス ピ ン partial pole STM like 観 examine に pick 戦 し た. 10 atomic layer thick Cr film は Au (001) (001), the qing に surface at room temperature で Cr after steamed, 520 k hot 処 す る こ と に よ り, atomic レ ベ ル で flat な テ ラ ス を have す る high-grade な エ ピ タ キ シ ャ ル Cr (001) film を し consummate, ス ピ ン partial pole STM 観 examine は, room temperature under ultra high vacuum で Fe/W probe Youdaoplaceholder0 line った with を て. ス ピ ン partial pole STM 観 examine で は shaped like と magnetic 気 like を で じ places at the same time with に 観 examine す る こ と が で き る. Shaped like a か ら, atomic レ ベ ル で flat な テ ラ ス, 単 atomic ス テ ッ プ, ら せ ん planning a な ど が clear に 観 examine さ れ た. Magnetic 気 like で は atomic layer 1 (a) different な る ご と に が magnetizing direction inverse planning す る layer against strong magnetic に plus え (b) 2 の ら せ ん planning between, (c) 3 の ら せ ん planning a を "で ぶ field SF が 観 measuring さ れ た. B) と c) の results は, struck と も に こ れ ま で に 観 measuring さ れ た ら せ ん planning a に with う layer against strong magnetic characteristic の ス ピ ン フ ラ ス ト レ ー シ ョ ン で あ る. こ れ ま で film thickness more than 3 nm の で Cr (001) film, the layered against strong magnetic が room-temperature で 観 measuring さ れ て い る が, 10 atomic layer thickness で あ っ て も room-temperature で still と し て layer against strong magnetic が 観 measuring さ れ た. さ ら に (d) こ れ ま で Cr (001) thin film で 観 measuring さ れ た こ と の な と い b) (c) と は big き く different な る SF が 観 measuring さ れ た. 観 measuring さ れ た shaped like と magnetic 気 like を detailed に adjustable べ た results, new た に 観 measuring さ れ た SF は "隣 す る two groups の ら せ ん planning a に よ る quantization shaft が 90 degrees to planning し た against strong magnetic magnetic の form と ら せ ん planning a nearly alongside に qualified さ れ な い SF," で あ る こ と が points か っ た. 観 examine さ れ た magnetic 気 like の SF が, 隣 す る two groups の ら せ ん planning a に よ る cause す る こ と を card be す る た め マ イ ク ロ マ グ ネ テ ィ ッ ク · シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る magnetic structure の 検 line card も っ た.

项目成果

10原子層厚Cr(001)薄膜のスピン偏極STM観察

10原子层厚Cr(001)薄膜的自旋偏振STM观察

• 发表时间: 2023
• 作者: 川越 毅;菅 滋正
• 通讯作者: 菅 滋正

Growth and morphology of thin epitaxial Pd films on Au(001) film grown on Fe buffered MgO(001) substrate

Fe 缓冲 MgO(001) 基板上 Au(001) 薄膜外延 Pd 薄膜的生长和形貌

• DOI: 10.1063/5.0077468
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Y. Shoji;M. Kobayashi;A. Kosaka;R. Haruki;R. Kumai;S. Adachi;T. Kajitani;T. Fukushima;T. Kawagoe and S. Suga
• 通讯作者: T. Kawagoe and S. Suga

Odd spin frustration on 3 nm-thick Cr(001) film

3 nm 厚 Cr(001) 薄膜上的奇自旋挫败

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kawagoe;T. Miyamachi;and S. Suga
• 通讯作者: and S. Suga

3nm厚のCr(001)薄膜で観測された特異なスピンフラストレーション

在 3nm 厚的 Cr(001) 薄膜中观察到独特的自旋挫败

• 发表时间: 2021
• 作者: 川越 毅;宮町俊生;菅 滋正
• 通讯作者: 菅 滋正

Antiferromagnetic domain formation and spin frustration induced by adjacent paired screw dislocations in 10 monolayer-thick Cr(001) films

10个单层厚Cr(001)薄膜中相邻成对螺旋位错引起的反铁磁畴形成和自旋挫败

• DOI: 10.35848/1347-4065/acc8aa
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kawagoe Takeshi;Suga Shigemasa
• 通讯作者: Suga Shigemasa