新規反強磁性型ハーフメタル物質の創製と物質設計指針の確立

スピントロニクスの研究分野では、ハーフメタル型の電子状態を有する強磁性体から、完全補償型フェリ磁性体を用いた電子デバイスの研究へと移行している。本研究では、第一原理計算に基づく物質予測により当研究グループが世界で3例目、カルコゲナイド化合物では世界で初めての例となる候補物質を発見したことにより、関連物質において新規フェリ磁性型ハーフメタル物質の探索を行うと同時に電子状態の直接観測を行い、これら物質の普遍的な設計指針を確立することを目的としている。令和4年度は、Cr23Fe23S54化合物について熱処理温度の最適化を行うため、熱処理温度を750℃から1150℃まで変化させて得た試料について、結晶構造、相状態、磁気特性等の評価を行った。750℃～950℃熱処理ではNiAs型結晶構造以外にも第2相の存在が確認されたが、その分量は熱処理温度の上昇に伴い減少した。結果、1000℃以上の熱処理とその温度からの急冷によって単相が安定に得られることが判明した。ただし、1150℃からの急冷ではSの組成が2at.%ほど減少し、格子定数もやや増大していた。XRDのピークの強度計算により、Fe,CrがSサイトに置換されたと考えられる。1150℃熱処理によって得られた試料も、1000℃や1050℃熱処理試料と同様に完全補償型フェリ磁性体特有の熱磁化曲線を示すものの、磁化補償温度は大きく低下した。以上より、完全に単相が得られ、磁気特性において再現性が得られるような試料は1000℃～1050℃の熱処理が最適であることが分かった。(CoV)Sや(Cr,Fe)Se, (Cr,Fe)Te系に化合物系を拡張して物質探索を行ったが、完全補償型フェリ磁性体特有の磁気特性は得られなかった。一方、Cr23Fe23S54化合物において再焼結体の作製を試み、電気抵抗測定が可能な短冊状試料が得られた点では進展があった。

スピントロニクスの研究分野では、ハーフメタル型の電子状態を有する強磁性体から、完全補償型フェリ磁性体を用いた電子デバイスの研究へと移行している。本研究では、第一原理計算に基づく物質予測により当研究グループが世界で3例目、カルコゲナイド化合物では世界で初めての例となる候補物質を発見したことにより、関連物質において新規フェリ磁性型ハーフメタル物質の探索を行うと同時に電子状態の直接観測を行い、これら物質の普遍的な設計指針を確立することを目的としている。令和4年度は、Cr23Fe23S54化合物について熱処理温度の最適化を行うため、熱処理温度を750℃から1150℃まで変化させて得た試料について、結晶構造、相状態、磁気特性等の評価を行った。750℃～950℃熱処理ではNiAs型結晶構造以外にも第2相の存在が確認されたが、その分量は熱処理温度の上昇に伴い減少した。結果、1000℃以上の熱処理とその温度からの急冷によって単相が安定に得られることが判明した。ただし、1150℃からの急冷ではSの組成が2at.%ほど減少し、格子定数もやや増大していた。XRDのピークの強度計算により、Fe,CrがSサイトに置換されたと考えられる。1150℃熱処理によって得られた試料も、1000℃や1050℃熱処理試料と同様に完全補償型フェリ磁性体特有の熱磁化曲線を示すものの、磁化補償温度は大きく低下した。以上より、完全に単相が得られ、磁気特性において再現性が得られるような試料は1000℃～1050℃の熱処理が最適であることが分かった。(CoV)Sや(Cr,Fe)Se, (Cr,Fe)Te系に化合物系を拡張して物質探索を行ったが、完全補償型フェリ磁性体特有の磁気特性は得られなかった。一方、Cr23Fe23S54化合物において再焼結体の作製を試み、電気抵抗測定が可能な短冊状試料が得られた点では進展があった。