人工格子による超高感度光磁気センサ・メモリ創成

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◆室温強磁性を示す(La, Ba)MnO_3歪み薄膜の作成およびデバイス応用レーザMBE法を用い、SrTiO_3単結晶基板上に(La_<1-x>Ba_x)MnO_3薄膜(x=0.10〜0.20)の極薄膜(厚さ20nm〜5nm)を作成する事により、強磁性転移温度が上昇し、室温でも強磁性を示すことを見出した。更に周波数シフト非接触磁気力顕微鏡(Frequency Shift Non Contact MFM)を適用し室温で数10nmサイズの強磁性分域が原子レベルで平坦な薄膜表面上に現れる様子の観察に成功した。これは室温で動作するスピンデバイス作成に道を開く成果である。さらにこの(La,Ba)MnO_3歪み薄膜のTCR(Thermal Coefficient of Resistivity:熱抵抗係数)を測定し、室温で約6%と巨大な値を示すことを見出した。同成果は赤外線センサーとして利用可能であり(通常使用されるシリコン半導体ベース材料でTCR=1-2%)、得られた薄膜をリソグラフィー(フォトリソグラフィーおよびイオンシャワーエッチング)を用い2次元アレイ(4×4素子:200μmサイズ)を作成し、赤外線センサーのプロトタイプを作成した。◆走査型プローブ顕微鏡を用いた、遷移金属酸化物のナノリソグラフィー上記(La, Ba)MnO_3を含む遷移金属酸化物は強相関電子系であり数十ナノメートルの領域内で電子相分離などの特異な現象が生じていると考えられており、数十ナノメートルサイズでデバイスを作成できれば強相関電子系に特有な新規な現象およびデバイス動作が可能であると考えられる。しかし遷移金属酸化物には有効なナノリソグラフィー技術は一般に無い。これに対して原子間力顕微鏡(AFM)を用い薄膜観察中に電圧を印加する事によりナノスケールでリソグラフィーが可能なことを示した。機能性酸化物薄膜形成の標準基板であるNbドープSrTiO_3単結晶、室温強磁性(La,Ba)MnO_3極薄膜、完全スピン分極Fe_3O_4薄膜材料に対して同手法を適用し、最小40nm幅のAFMリソグラフィーを達成した。