磁性ナノ構造の形成と新機能創出

磁性纳米结构的形成和新功能的创造

• 批准号: 14750021
• 负责人: 長島 礼人
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750021/
• 关键词: ナノ構造; 磁性; 走査トンネル顕微鏡; 磁化制御; 電流注入; 磁性探針

本研究では、自己組織的手法によって磁性ナノドットを数十nmの間隔で高密度に形成する適切な材料および作製条件を探索すると共に、10nm程度のドットの磁化を、隣接ドットの磁化は乱すことなく、検出・制御する手法の確立を目指している。具体的には、走査トンネル顕微鏡(STM)を利用し、スピン偏極電子を探針から磁性ドットへトンネル注入することでドットの磁化制御を試みる。スピン偏極電子をトンネル注入するには、STM探針が磁性材料から構成される必要がある。その一方で、探針から生ずる巨視的磁場がドットの磁化方向を乱すことは避けなければならない。以上2つの要請を両立するため、非磁性のタングステン探針に磁性物質を数-十数原子層だけ蒸着した探針を用いる方式を採ることとした。昨年度は、探針先端を2300K以上に加熱できる加熱機構を作製/導入した。更に、蒸着材料としてFe、Co、及びCrを備えた蒸着装置を作製し、蒸着中の真空度の劣化を5×10-10 Torr以下に抑制できることを確認した。以上を踏まえて平成15年度は次のことを行った。(1)磁化探針の性能評価の標準試料として、Cr(001)の薄膜をMgO基板上に作製した。清浄なCr(001)表面は単原子層ステップを跨ぐごとにテラスの磁化方向が反転する層状反強磁性表面であることが知られている。作製した薄膜に清浄Cr(001)表面に特徴的な表面準位が観察されることを確認した。ただし現状では、蒸着中に取り込まれる微量の不純物炭素のため、所望の1x1ではない複雑な長周期構造を表面の一部が呈している。尚一層の清浄化を図るため、蒸着装置の脱ガスを徹底するとともにイオン衝撃加熱設備の導入を予定している。(2)GaA(001)を磁性微細構造作製の基板として利用するには、通常よりも低い成長温度に設定する必要がある。こうした特殊な成長条件化における表面のラフニングが成長開始前の表面構造に強く依存していることを明らかにした。(3)スピン偏極率が100%であると理論計算から予言されている閃亜鉛鉱型MnAsをGaAs(001)基板上に作製することを目指して、初期成長過程の観察を行い、その構造モデルを提示した。

This study aims to explore the appropriate materials and processing conditions for the formation of high density magnetic particles at intervals of tens of nm and to establish methods for the magnetization and control of adjacent particles at the level of 10nm. Specifically, the use of micromirrors (STM) to detect polarized electron probes, magnetic field injection, and magnetic field control are discussed. For example, STM probes are required for the formation of magnetic materials. The magnetic field generated by the probe in one direction and the magnetization direction of the probe are different. The above two important requirements are: non-magnetic probe, magnetic substance, atomic layer, evaporation probe, etc. Last year, the probe tip was heated above 2300K. The heating mechanism was controlled/introduced. In addition, the vapor deposition material Fe, Co, Cr, etc., the vapor deposition device is manufactured, and the vacuum degree degradation in the vapor deposition is suppressed below 5×10-10 Torr. The above is the first time in 15 years. (1)Standard Sample for Performance Evaluation of Magnetization Probe: Cr(001) Thin Film Prepared on MgO Substrate The Cr(001) surface is a layered antiferromagnetic surface with a single atomic layer and an opposite magnetization direction. The surface alignment of Cr(001) surface features in the thin film was observed and confirmed. A part of the surface of a complex structure is expected to be present in the presence of trace impurities in carbon The first layer of cleaning, evaporation device removal, complete, impact heating device introduction, predetermined (2)GaA(001) is a substrate for magnetic microstructure fabrication. It is usually necessary to set the growth temperature at a low temperature. Special growth conditions are required for the surface structure before growth starts. (3)The polarization ratio of GaAs is 100%. The theoretical calculation indicates that the structure of GaAs(001) substrate can be observed in the initial growth process.

项目成果

A.Nagashima, A.Nishimura, J.Yoshino: "Study on initial growth process of MnAs on GaAs(001)-c4x4 by LEED IV and STM"Extended abstracts of The Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors. 9. 121-122 (2003)

A.Nagashima、A.Nishimura、J.Yoshino：“通过 LEED IV 和 STM 研究 MnAs 在 GaAs(001)-c4x4 上的初始生长过程”半导体中自旋相关现象的物理与应用研讨会的扩展摘要