In situ Raman分光法による酸化鉄薄膜の構造解析とスピン構造

本研究者は、数年前、α-Al_2O_3単結晶基板上に成長したエピタキシャルα-Fe_2O_3薄膜のスピン構造が、バルク結晶のものと大きく異なっており、温度により膜面内から垂直方向へと興味あるスピンフリップ転移を示すことを見出し、注目された。この原因として、α-Fe_2O_3薄膜の成長過程に由来する格子歪みの発生が考えられる。本研究では成摸時にin situ Raman分光測定を行い、エピタキシャルα-Fe_2O_3薄膜の薄膜成長過程における構造変化を、連続的にとらえることを試みた。しかし、昨年度に引き続きRaman分光装置の光学系の改善を試みたが、膜厚が数原子層程度しかない超薄膜のRamanスペクトルを測定することはできず、薄膜成長初期の構造変化をとらえることには残念ながら成功しなかった。またその研究と並行して、活性化反応性蒸着法によりα-Al_2O_3(001)単結晶基板上にFeTiO_3-α-Fe_2O_3固溶体のエピタキシャル薄膜を作製した。基板温度500℃の低温で成膜した薄膜は、FeイオンとTiイオンが陽イオンサイトをランダムに占有したコランダム構造であった。一方、基板温度700℃で成膜したFe_<2-x>Ti_xO_3膜は、x≧0.4の組成範囲でFeイオンとTiイオンが規則的に配列したイルメナイト構造をとった。FeイオンとTiイオンか規則配列した薄膜のみかフェリ磁性を示した、しかしその自発磁化はイオンが完全に規則配列した場合に期待される値の半分以下であった。さらに、固溶体薄膜の比抵抗は、Fe^<2+>-Fe^<3+>イオンの混合原子価状態をとることにより10^<-1>Ωcmまで低下した。よって本系固溶体薄膜は、新しい酸化物磁性半導体薄膜の有力な候補となることを明らかにした。

本研究者は、数年前、α-Al_2O_3単結晶基板上に成長したエピタキシャルα-Fe_2O_3薄膜のスピン構造が、バルク結晶のものと大きく異なっており、温度により膜面内から垂直方向へと興味あるスピンフリップ転移を示すことを見出し、注目された。この原因として、α-Fe_2O_3薄膜の成長過程に由来する格子歪みの発生が考えられる。本研究では成摸時にin situ Raman分光測定を行い、エピタキシャルα-Fe_2O_3薄膜の薄膜成長過程における構造変化を、連続的にとらえることを試みた。しかし、昨年度に引き続きRaman分光装置の光学系の改善を試みたが、膜厚が数原子層程度しかない超薄膜のRamanスペクトルを測定することはできず、薄膜成長初期の構造変化をとらえることには残念ながら成功しなかった。またその研究と並行して、活性化反応性蒸着法によりα-Al_2O_3(001)単結晶基板上にFeTiO_3-α-Fe_2O_3固溶体のエピタキシャル薄膜を作製した。基板温度500℃の低温で成膜した薄膜は、FeイオンとTiイオンが陽イオンサイトをランダムに占有したコランダム構造であった。一方、基板温度700℃で成膜したFe_<2-x>Ti_xO_3膜は、x≧0.4の組成範囲でFeイオンとTiイオンが規則的に配列したイルメナイト構造をとった。FeイオンとTiイオンか規則配列した薄膜のみかフェリ磁性を示した、しかしその自発磁化はイオンが完全に規則配列した場合に期待される値の半分以下であった。さらに、固溶体薄膜の比抵抗は、Fe^<2+>-Fe^<3+>イオンの混合原子価状態をとることにより10^<-1>Ωcmまで低下した。よって本系固溶体薄膜は、新しい酸化物磁性半導体薄膜の有力な候補となることを明らかにした。