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: 15034207
• 负责人: 長谷川 哲也
• 金额: $ 1.28万
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15034207/
• 关键词: 走査プローブ顕微鏡; 磁性半導体; 磁区構造; 微小SQUID

強磁性材料では一般に磁区構造をとり、その形状やサイズは、磁化の大きさや異方性エネルギーなどの材料に固有のパラメータを反映するばかりでなく、不純物や組成揺らぎといった外的要因によっても様々に変化する。また一方で、磁区の境界はキャリアの散乱源となる。従って、磁性半導体の磁区構造を詳細に知ることは、応用上も極めて重要であるが、ナノ〜メゾスコピックレベルの空間分解能が必要である上、極低温下での計測が不可欠であることから、その測定例は極めて少ない。本研究では、微小磁気プローブを用い、Ga_<1-x>Mn_xAsを中心とした磁性半導体の磁区構造解明を目的とした。具体的には、走査型SQUID顕微鏡(SSM)を用いて(Ga, Mn)Asの磁区構造をMn組成、膜厚、温度の関数として詳細に調べ、標準データとしで蓄積するとともに、その背景にある物理の理解を目指した。まず、膜厚依存性について調べた結果、膜厚が薄い面内磁化試料では、"charged wall"と呼ばれる特異な構造が出現することを見出した。その成因についてHubertらにより提案されたモデルを用いて解析した結果、i)「希薄磁性」であるため磁化の値が比較的小さくネール磁壁が安定化している、ii)バンド構造を反映して面内の磁気異方性が小さい、などの理由によりcharged wallのエネルギーが低下しているという結論を得た。上記SSMの空間分解能はミクロンレベルであり、特に超薄膜やデバイス構造内の磁区を測定するには不十分である。このため、数十nmの空間分解能を有する磁気力顕微鏡装置(MFM)を開発した。同装置は、超高真空仕様であり、極低温から室温まで温度可変である。また、3kOeまでの外部磁場を印加することが可能である。

Ferromagnetic materials are made up of the following elements: structure, shape, magnetization, anisotropy, etc. The boundary of the magnetic field is the source of scattering. The structure of the magnetic domain of magnetic semiconductors is known in detail. It is important to use the upper pole. The spatial decomposition energy of the magnetic semiconductor is necessary to measure the magnetic semiconductor at extremely low temperatures. In this paper, we study the structure of <1-x>magnetic semiconductor in the center of Ga_ Mn_xAs The detailed understanding of the physical properties of (Ga, Mn)As magnetic domain structure, Mn composition, film thickness, temperature, etc., used in SQUID micromirrors (SSM), standard SQUID micromirrors, etc., is indicated. The film thickness dependence is the result of the adjustment. The film thickness is thin. The in-plane magnetization sample is charged. The special structure is called "charged wall." Hubert's analysis results show that: i) thin magnetic properties are relatively small, magnetic walls are stabilized, ii) structure is reflected in in-plane magnetic anisotropy is small, and reasons for this are charged walls are low. Note that the spatial resolution of SSM can be determined by measuring the magnetic region in the ultra-thin film structure. The spatial resolution energy of several tens of nm has been developed by magnetic force microscopy (MFM). The same device, ultra-high vacuum, ultra-low temperature, room temperature, temperature can be changed. The external magnetic field is 3kOe.

项目成果

T.Y.Kim, T.Hasegawa ら: "Magnetic Domain Structure of Growth Temperature-Gradient Sm_2Mo_2O_7 Thin Film Investigated by Scanning SQUID Microscopy"Physica B. 329. 1046-1048 (2003)

T.Y.Kim、T.Hasekawa 等：“通过扫描 SQUID 显微镜研究生长温度梯度 Sm_2Mo_2O_7 薄膜的磁畴结构”Physica B. 329. 1046-1048 (2003)

T.Fukumura, T.Hasegawa ら: "Exploration of Oxide-based : Diluted Magnetic Semiconductors toward Transparent Spintronics"Appl.Surf.Sci.. 223. 62-67 (2004)

T.Fukumura、T.Hasekawa 等人：“基于氧化物的探索：稀磁半导体走向透明自旋电子学” Appl.Surf.Sci.. 223. 62-67 (2004)

T.Fukumura, T.Hasegawa ら: "Magneto-Optical Spectroscopy of Anatase TiO_2 Doped with Co"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L105-L107 (2003)

T.Fukumura、T.Hasekawa 等人：“锐钛矿型 TiO_2 掺杂 Co 的磁光光谱”Jpn.J.Appl.Phys. 42. L105-L107 (2003)

H.Sugaya, T.Hasegawa ら: "Scanning SQUID Microscopy on Compsition-Spread NdSrMnO Films under Irradiation"Physica B. 329. 787-788 (2003)

H.Sugaya、T.Hasekawa 等人：“在辐射下复合扩散 NdSrMnO 薄膜上扫描 SQUID 显微镜”Physica B. 329. 787-788 (2003)

X.R.Zhao, T.Hasegawa ら: "Magneto optical Imaging for High-throughput Characterization of Combinatorial Magnetic Thin Films"Appl.Surf.Sci.. 223. 73-77 (2004)

X.R.Zhao、T.Hasekawa 等人：“用于组合磁性薄膜高通量表征的磁光成像”Appl.Surf.Sci.. 223. 73-77 (2004)