遷移金属ナノクラスターの集合化と磁気的・電気的機能性の探索

本研究では、遷移金属合金クラスターを基板上に堆積・集合化して、新機能材料を創製することをめざした。最終年度には、基礎・応用に関して、次のような成果が得られた。1.イオン化Feクラスター強制堆積による高密度充填集合体の作製プラズマ・ガス凝縮クラスター堆積装置を用いて、平均粒径9、11、13nmのFeクラスターを発生し、基板に電圧(0〜-20kV)を印加し、高密度Feクラスター集合体を作製した。また堆積室に少量のの酸素を導入してクラスター表面を酸化させ、堆積させた試料も作製した。印加電圧の増加にともない、試料の充填率は増加し、印加電圧V_b=-20kVで約85%に達する。保磁力H_cは印加電圧の増加にともない減少し、V_b=-20kVで0.6Oe以下となり軟磁気特性を示す。一方、飽和磁化B_sは印加電圧の増加にともない増加し、V_b=-20kVで1.86Wb/m^2となる。酸素を導入しないで作製した試料の電気抵抗は金属的な温度変化を示し、バルクFeと比べて1桁高いが、酸素導入によりクラスター表面を酸化させると、試料の電気抵抗は数桁大きくなる。2.Fe-Pt合金クラスターの作製プラズマガス中凝縮法クラスター堆積装置を用い、対向配置したFeとPtターゲットを同時にスパッタしてクラスターを生成、基板上に堆積させた。クラスターサイズは10nm以下であり、ほぼ均一な合金が形成され(クラスター間の組成分布は約10%)、不規則fcc相である。全体の平均組成が約50at%FeのFePt合金クラスターの集合体を600℃で熱処理すると、H_cは熱処理時間15分で約9kOeになり、更に2時間熱処理を施すと約13kOeとなる。また、H_cは熱処理温度500℃付近から急激に増加し、約700℃で最大値14kOeを示す。急激なH_cの増大はL1_0-FePt規則相が形成されことに起因する。

本研究では、遷移金属合金クラスターを基板上に堆積・集合化して、新機能材料を創製することをめざした。最終年度には、基礎・応用に関して、次のような成果が得られた。1.イオン化Feクラスター強制堆積による高密度充填集合体の作製プラズマ・ガス凝縮クラスター堆積装置を用いて、平均粒径9、11、13nmのFeクラスターを発生し、基板に電圧(0〜-20kV)を印加し、高密度Feクラスター集合体を作製した。また堆積室に少量のの酸素を導入してクラスター表面を酸化させ、堆積させた試料も作製した。印加電圧の増加にともない、試料の充填率は増加し、印加電圧V_b=-20kVで約85%に達する。保磁力H_cは印加電圧の増加にともない減少し、V_b=-20kVで0.6Oe以下となり軟磁気特性を示す。一方、飽和磁化B_sは印加電圧の増加にともない増加し、V_b=-20kVで1.86Wb/m^2となる。酸素を導入しないで作製した試料の電気抵抗は金属的な温度変化を示し、バルクFeと比べて1桁高いが、酸素導入によりクラスター表面を酸化させると、試料の電気抵抗は数桁大きくなる。2.Fe-Pt合金クラスターの作製プラズマガス中凝縮法クラスター堆積装置を用い、対向配置したFeとPtターゲットを同時にスパッタしてクラスターを生成、基板上に堆積させた。クラスターサイズは10nm以下であり、ほぼ均一な合金が形成され(クラスター間の組成分布は約10%)、不規則fcc相である。全体の平均組成が約50at%FeのFePt合金クラスターの集合体を600℃で熱処理すると、H_cは熱処理時間15分で約9kOeになり、更に2時間熱処理を施すと約13kOeとなる。また、H_cは熱処理温度500℃付近から急激に増加し、約700℃で最大値14kOeを示す。急激なH_cの増大はL1_0-FePt規則相が形成されことに起因する。