非平衡ビスマス・鉄系酸化物への光磁気記録材料への応用

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大きな磁気光学効果で応用面で期待されるビスマス置換希土類鉄ガーネット(Bi_x:R_<3-x>Fe_5O_<12>)は(完全置換時x=3の時にtheta_F=-6.4×10^<-4>deg/cm)、x>2で系は非平衡となり通常の方法では成膜は非常に困難である。本研究は新しい成膜法であるレーザーアブレーション法をこの物質に適用し、非平衡相作成を試みるものである。当研究経費で購入したKrF-excimer-laserを利用して下記の様に様々に条件を変化させて成膜を試みた。Light Source:KrF excimer Laser(lambda=248nm.FWHM=28ns.10Hz)△Substrate:Glass,GGG(210),GGG(100),GGG(111) Substrate Temperature:340〜540℃Shot number:1〜1.8×10^4 shots Base Pressure:6x10^<-3> TorrTarget Composition:Bi_2O_3:Gd_2O_3:Fe_2O_3=x:3-x:5 Total Pressure in O_2:2x10^<-2>,5x10^<-2> Torr得られた膜の測定は当研究費により購入した振動試料型磁力計、X線装置、ファラデー回転角測定装置、Electr on Probe Micro Analyzer(EPMA)等を利用して行った。また計算機によるアブレーション機構の研究も行ってきた。この結果以下のような結果が得られた。【.encircled1.】希土類の影響:膜内に於けるBi原子の分布は、ターゲット中における希土類(Gd)原子との混合比に大きく依存し、x=3では膜内で不均一組成となる事が判明した。x=2では組成は非常に均一なものとなった。【.encircled2.】酸素分圧の影響:膜作成時に於ける酸素分圧により各膜中に於けるBi量は、同一ターゲットを利用したときでも大きく異なり、酸素分圧が低いとBi量も減少傾向にあることを見い出した。またガーネット相の出現に最適な酸素分圧が20mTorr近傍にあることを見い出した。【.encircled3.】上記条件下ではガーネット相は結晶化せず、アモルファス状態にあることが解った。しかし大気中、630℃でのアニールにより上記の膜が結晶化し、x=1.46のビスマス置換ガーネット相が得られた。この置換量はレーザーアブレーション法としては現時点で最大のものである。