表面修飾したナノ微粒子の磁性研究と超高密度記録媒体に向けた材料設計指針の開発

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・Co/CoOコアシェルナノ粒子の交換結合による磁気異方性向上の研究有機分子で表面修飾された粒径8nm程度の強磁性Coナノ粒子を化学合成手法で作成し、その後酸素雰囲気下で熱処理(120℃)することで表面を酸化させて厚さ1〜3nmの反強磁性CoO層を形成した。この内部コアがCo、表面シェルがCoOからなるコアシェル型ナノ粒子を用いて磁気測定を行い、磁気異方性の変化を調べた。CoOシェルの厚さを熱処理時間を変化させることで制御した結果、コアの粒径が実効的に減少しているにもかかわらず、シェル厚さの増大とともにブロッキング温度が上昇することが分かった。また、磁場中冷却後に磁化過程の測定を行ったところ、ブロッキング温度より低温領域ではあるが、ヒステリシスループの負磁場へのシフトが観測され、確かに反強磁性と強磁性界面に交換結合が生じていることが分かった。この交換結合磁場の大きさをループシフト量から見積もったところ、シェル厚さの増大とともに交換結合磁場が増大することが明らかとなった。試料によって、極低温領域で常磁性的な磁化の増大が観測されるものがあったが、Coナノ粒子を完全に酸化することによって得たCoOナノ粒子の磁気特性にも同様の低温での常磁性的な磁化の増大が観測されたことから、この増大の原因がCoOシェル層の酸素欠損によるCo^<2+>の磁気モーメント、あるいは反強磁性スピン配列が粒子表面で補償されないことで生じる磁気モーメントによることが明らかになった。また、低温で磁化の増大が観測された試料は、磁化の増大が観測されない試料にくらべて顕著な交換結合磁場の増大が見られたことから、CoOシェル層の常磁性磁気モーメントが反強磁性CoO層の安定化に大きな役割を果たし、Coコアとの交換結合を強めていることが示唆された。