鉄薄膜界面の電子状態変化による界面磁気構造・相転移の制御

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本年度は、界面磁気構造・相転移の制御を鉄薄膜の電子状態変化によって制御することを念頭に、まず初めに、電荷秩序の相転移としてフェルベー転移の名で知られる金属―絶縁体転移を伴うフェリ磁性体として知られるマグネタイト（四酸化三鉄）（１１１）表面における電子状態変化と磁性との相関を、５７Ｆｅ同位体をプローブとする放射光核共鳴散乱法を用いて調べた。マグネタイト中の鉄は四面体サイト状的に酸素に囲まれるＡサイトにＦｅ３＋と八面体的に８個の酸素に囲まれるＢサイトにＦｅ２＋及びＦｅ３＋があり、フェルベー転移温度の１２２Ｋを境として、低温では、ＢサイトにおけるＦｅ２＋とＦｅ３＋が電荷秩序状態をとり、転移温度以上では、Ｂサイトにおける鉄の価数が無秩序化して平均してＦｅ２．５＋（２＋／３＋）をとると考えられている。表面を、試料温度５００、２９７、８５Ｋで観測した結果、フェルベー転移温度１２２Ｋ以上では、ＢサイトＦｅ（２＋／３＋）成分とＡサイトＦｅ３＋成分が観測されていたのに対し、８５Ｋでは、Ｂサイト２＋に相当する成分とＢサイトＦｅ３＋及びＡサイトＦｅ３＋に相当する成分に相当する成分が観測され、表面においてもフェルベー転移を示唆する結果となった。一方、フェリ磁性を呈してるＦｅ３＋サイトおよびＦｅ２＋サイトの内部磁場の大きさ及び比率を解析した結果は、フェルベー転移におけるバルクで観測された変化とと同様な温度変化を示すという結果が得られた。表面における鉄の電子状態変化に伴う異なる鉄原子サイトの磁性変化の観測可能とできたことにより、界面に５７Ｆｅプローブ層を挿入することにより、界面の電子状態制御にともなう、界面磁気構造制御の観測可能量とできることを確認することができた。