遷移金属イオンを含む酸化物薄膜における新規な磁気光学材料の探索

寻找含过渡金属离子的氧化物薄膜中的新型磁光材料

• 批准号: 05J01800
• 负责人: 中嶋 聖介
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J01800/
• 关键词: ナノ構造体; 多強性物質; フェリ磁性; 亜鉛フェライト; XANES; 第一原理計算; PLD; 局所構造解析; 他強性物質; XAFS

25ZnO・25Fe2O3・50BaTiO3の組成比(mol%)をもつ焼結PLD用ターゲットを用いてKrFエキシマレーザーにより、1.0×10-3 Paの酸素分圧下で800℃に加熱したSrTiO3(100)単結晶基板上に薄膜を作製したところ、異なる格子定数を有する二種類の結晶相が基板面外方向にエピタキシャル成長していることがわかった。断面TEM観察を行ったところ、ペロブスカイト型結晶相をマトリクスとして、直径約20nmの柱状構造をもつスピネル型結晶が基板に対して垂直に成長していることが確認された。室温における面内磁化の外部磁場依存性を測定したところ、高磁場下(5 T)で磁化は飽和し、大きな残留磁化及び保磁力が得られた。Fe-K端のX線吸収微細構造を測定することで局所構造に関する情報を得たところ、メインピークの位置がZnFe2O4からFe3O4側へ若干シフトしていることがわかった。また、RBS測定の結果からは薄膜中におけるZn原子の割合が著しく減少していることから、室温における高磁化の起源としては、準安定ZnFe2O4ではなくZnの置換固溶したFe3O4であると推測される。このように、当初の期待通り準安定ZnFe2O4相のみを析出することはできなかったが、強磁性相を強誘電体相の中に独立に析出させることに関しては成功したといえる。最後に強磁性と強誘電性のカップリングが存在することを調べるために、磁化の温度依存性を測定した。強誘電体であるBaTiO3結晶は-100、0、120℃付近で構造相転移を起こし、誘電性が変化するが、この温度において本薄膜の磁化に変化が見られた。このことは両相の界面における磁歪効果が存在することを示しており、誘電性と磁性のカップリングが期待される。以上の結果より磁気光学デバイスに新しい機能を付与できる可能性が開けたと考えられる。

The composition ratio (mol%) of 25ZnO·25Fe2O3·50BaTiO3 is determined by heating SrTiO3 (100) single crystal substrate at 800℃ under acid partial pressure of 1.0×10-3 Pa. TEM examination of the cross section confirmed that the columnar structure with a diameter of about 20nm was grown vertically on the substrate. The dependence of in-plane magnetization on external magnetic field at room temperature was measured. The magnetization saturation, residual magnetization and magnetic field preservation were obtained at high magnetic field (5 T). The X-ray absorption microstructure of Fe-K terminal was determined. The information related to the structure of Fe-K terminal was obtained. The position of Fe-K terminal was determined by ZnFe2O4 and Fe3O4. The results of RBS measurement show that the separation of Zn atoms in thin films decreases, the origin of high magnetization at room temperature, and the quasi-stable ZnFe2O4 are speculated. In this case, it is expected that the quasi-stable ZnFe2O4 phase will precipitate independently in the ferromagnetic phase. Finally, the temperature dependence of ferromagnetism and ferromagnetism was determined. Strong dielectric BaTiO3 crystals start to shift in structure near-100,0 and 120℃, and the magnetization of the thin films changes at these temperatures. The interface between the two phases has a magnetic distortion effect, which is expected to be induced by electricity. As a result, the possibility of magnetic and optical devices being added to a new function is open.

项目成果

Thermal annealing effect on magnetism and cation distribution in disordered ZnFe2O4 thin films deposited on glass substrates

• DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.11.144
• 发表时间: 2007-03
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials
• 影响因子: 2.7
• 作者: S. Nakashima;K. Fujita;Katsuhisa Tanaka;K. Hirao;Tomoyuki Yamamoto;I. Tanaka

Large Faraday effect in a short wavelength range for disordered zinc ferrite thin films

• DOI: 10.1063/1.2199727
• 发表时间: 2006-05
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Katsuhisa Tanaka;S. Nakashima;K. Fujita;K. Hirao