微小磁気プローブを用いた磁性半導体の磁区構造解明

使用微磁探针阐明磁性半导体的磁畴结构

• 批准号: 16031205
• 负责人: 長谷川 哲也
• 金额: $ 2.62万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16031205/
• 关键词: 磁性半導体; 磁区; 磁気力顕微鏡; コバルト添加に酸化チタン; 強磁性; 電導キャリア; 磁気光学効果

磁性半導体の磁区構造を直接評価するため、低温で動作する磁気力顕微鏡装置(MFM)の開発を行なった。低温MFMの場合、冷却効率を向上させるため、MFMヘッド部を極力小型化する必要がある。カンチレバーの制御方式には通常光テコ方式が使用されるが、これではヘッド部周囲にスペースを要するため、本研究では自己検知型カンチレバーを採用した。また、低温ではピエゾ素子の圧電定数が低下し、走査範囲が限定される。そこで、2つの円筒型ピエゾを組み合わせ、極低温でもμm角以上の走査範囲を実現した。本装置では、磁場印加による磁区構造の変化を観測するため、MFMの外部に電磁石を設置した。同電磁石により、水平方向に最大3kOeの磁場を印加することが可能である。また、MFMヘッド(試料面は垂直方向)を慣性駆動の回転ステージの上に装着した。従って、ステージを回転することにより、試料面に対する磁場の角度を0〜90度の間で任意に設定できる。MFMでは、磁気力の外に、表面の凹凸の情報も同時に観測する。これらを分離するため、以下のような方法を用いた。まず、探針を試料に接近させ、近距離力である原子間力を検知しつつ、表面のトポグラフィー(凹凸像)を測定する。続いて、探針を離した上体に固定し、先に測定した凹凸に応じて探針を上下させ、凹凸の影響を除外しつつ、遠距離力である磁気力を観測する。まず上記低温MFMの性能を確認するため、ハードディスクの観察を行った。その結果、液体窒素温度でも明瞭な磁気ビットパターンを観測した。同イメージより、空間分解能は100nm以下と見積もられる。つづいて、低温で強磁性転移を示すマンガン酸化物の磁区観察を行った。その結果、200nm程度の磁区構造を始めて捉えることに成功した。

Magnetic semiconductor <s:1> magnetic region structure を direct evaluation 価するため, low-temperature で action する magnetic force 顕 micromirror device (MFM) <s:1> development を field なった. For low-temperature MFM applications, the cooling efficiency を should be increased to させるため, and the MFMヘッド part を should be miniaturized as much as possible する is necessary がある. カ ン チ レ バ ー の way suppression に は usually light テ が コ way using さ れ る が, こ れ で は ヘ ッ ド department weekly 囲 に ス ペ ー ス を to す る た め, this study で は own 検 type カ ン チ レ バ ー を using し た. Youdaoplaceholder0, low-temperature で ピエゾ ピエゾ, <s:1> voltage rating が, low <s:1>, range 囲が limit される. Youdaoplaceholder0 で で, 2 <s:1> cylindrical ピエゾを group み combined わせ, extremely low temperature で <s:1> over μm Angle 囲を actual appearance of た た. This device で で, the magnetic field Inca による magnetic zone structure <s:1> variation を観 measurement するため, and the MFM <s:1> external に electromagnetic stone を setting <s:1> た. The electromagnetic stone によ によ, the horizontal direction に the maximum 3kOe <s:1> magnetic field を the Inca する である とが may である. Youdaoplaceholder0, MFMヘッド(in the vertical direction of the test material surface)を inertial 駆 motion <s:1> back to 転ステ ジ ジ ジ に is equipped with た. 従 っ て, ス テ ー ジ を back planning す る こ と に よ り, sample surface に す seaborne を の る magnetic field Angle between 0 ~ 90 degrees の で set arbitrary に で き る. MFMで に, magnetic force outside the に, and surface <s:1> unevenness and convexity <s:1> information <s:1> are simultaneously に観 measured する. Youdaoplaceholder2 れらを to separate するため, the following <s:1> ような method を uses た た. ま ず, probe を sample に near さ せ, close force で あ る interatomic force を 検 know し つ つ, surface の ト ポ グ ラ フ ィ ー (bump as) determination of を す る. 続 い て, probe を し た upper に fixed し, determination of first に し た bump に 応 じ て probe を fluctuation さ せ except, concave and convex の を し つ つ, long-distance で あ る magnetic force 気 を 観 measuring す る. Youdaoplaceholder0 record the low-temperature MFM <s:1> performance を confirm するため, ハ ドディス ドディス 観 観 観 check を line った. The そ そ result, the liquid nitrogen temperature で clearly indicates the な magnetic gas ビットパタ and <s:1> を観 を観 measurement of <s:1> た. The spatial decomposition energy is ジよ below 100nm と. See the product メ られる. つ づ い て, low-temperature で strong magnetic planning move を す マ ン ガ ン acidification content の magnetic line 観 examine を っ た. The そ そ result shows that the construction of the 200nm level <s:1> magnetic region を begins to めて capture える た とに successfully た た.

项目成果

Carrier Induced Ferromagnetism in Ti_<1-x-y>Nb_xM_yO_2(M=Co, Fe)Epitaxial Thin Films

Ti_<1-x-y>Nb_xM_yO_2(M=Co, Fe)外延薄膜中载流子诱导铁磁性

• 发表时间: 2006
• 期刊: J.Appl.Phys. -(印刷中)
• 作者: T.Hitosugi;G.Kinoda;Y.Yamamoto;Y.Furubayashi;K.Inaba;Y.Hirose;T.Shimada;T.Hasegawa
• 通讯作者: T.Hasegawa

Magneto-optical imaging for high-throughput characterization of combinatorial magnetic thin films

• DOI: 10.1016/j.apsusc.2003.10.005
• 发表时间: 2004-02
• 期刊: Applied Surface Science
• 影响因子: 6.7
• 作者: X. Zhao;N. Okazaki;Y. Konishi;K. Akahane;Z. Kuang;T. Ishibashi;Katsuaki Sato;H. Koinuma

Anomalous Hall effect governed by electron doping in a room-temperature transparent ferromagnetic semiconductor

• DOI: 10.1038/nmat1099
• 发表时间: 2004-04-01
• 期刊: NATURE MATERIALS
• 影响因子: 41.2
• 作者: Toyosaki, H;Fukumura, T;Kawasaki, M
• 通讯作者: Kawasaki, M

Combinatorial fabrication and characterization of ferromagnetic Ti-Co-O system

• DOI: 10.1016/s0169-4332(03)00906-1
• 发表时间: 2004-02
• 期刊: Applied Surface Science
• 影响因子: 6.7
• 作者: M. Murakami;Y. Matsumoto;M. Nagano;T. Hasegawa;M. Kawasaki;H. Koinuma

Magnetic Properties of Rutile Ti_<1-X>Fe_XO_2 Epitaxial Thin Films

金红石Ti_<1-X>Fe_XO_2外延薄膜的磁性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Jpn.J.Appl.Phys. 45
• 作者: K.Inaba;T.Hitosugi;Y.Hirose;Y.Furubayashi;G.Kinoda;Y.Yamamoto;T.W.Kim;H.Fujioka;T.Shimada;T.Hasegawa
• 通讯作者: T.Hasegawa