高い転移温度を示すスーパースピングラス薄膜の創製と脳型メモリーへの応用

高转变温度超级自旋玻璃薄膜的制备及其在脑型记忆中的应用

基本信息

批准号：
21656163
负责人：
田中勝久
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

スピングラスの理論的モデルは脳の連想記憶の機構との類似性が指摘されて大きな反響を呼び、その後ニューラルネットワークへ応用されて情報工学の領域で大きな成功を収めている。一方、逆にスピングラスを利用して脳の連想記憶に相当する系を確立し、新しいメモリー材料を構築しようとする試みはほとんど見られない。これは、これまでに知られているスピングラスの磁気転移温度が数K～数十K程度ときわめて低いことが原因の一つとなっていると思われる。このような現状に対して、研究代表者はすでに不規則亜鉛フェライトにおいて室温以上でスーパースピングラス的挙動が見られることを明らかにしている。同様の現象は他の酸化物でも期待できる。また、スーパースピングラスの起源が結晶構造中に存在する磁気クラスターによるものか、薄膜の微視的形状によるものかは不明であり、これを明らかにすることは、高温でスーパースピングラス相を安定化する機構を明確にする上で重要である。本研究では酸化物磁性体薄膜を気相法により合成し、磁気的性質を測定してスーパースピングラス相の存在を実証する。本年度は、昨年度に見いだした、強磁性転移とリエントラントスピングラスの挙動を示すEu^<2+>系非晶質薄膜に関して詳細な構造解析を進めると同時に、強磁性が現れる機構を理論・実験両側面から調べた。まず、非晶質Euo-TiO_2系に対してEuとTiのx線吸収微細構造(XAFS)測定を行い、Eu^<2+>とTi^<4+>の局所構造を解明し、特にTi^<4+>の配位環境が結晶相とはまったく異なることを見いだした。また、Eu^<2+>の4f軌道と5d軌道を対象にX線磁気円二色性分光(XMCD)を行い、強磁性の起源が5d軌道を介した4fスピン間の間接相互作用であることをつきとめた。さらに密度汎関数法を用いた第一原理計算により、EuTiO_3の格子体積の増加に伴いEu^<2+>間の交換相互作用が強磁性的になることを見いだし、Ti^<4+>の空の3d軌道を介した相互作用との競合がこの系の磁性を決定づけると結論した。

Spinglass的理论模型与大脑中关联记忆的机理相似，并已应用于神经网络，并且在信息工程领域非常成功。另一方面，很少有尝试使用旋转眼镜来建立与大脑关联记忆相同的系统并构建新的记忆材料。这被认为是迄今已知的自旋玻璃的磁性转变温度在几十k至数十K处的原因之一。为了应对这种情况，主要研究者已经揭示了在室温下观察到Superspin玻璃行为，或者在不规则的锌铁酸盐中观察到。其他氧化物可以预期类似的现象。此外，尚不清楚Superspin玻璃的起源是否是由于晶体结构中存在的磁簇或薄膜的显微镜形状引起的，并且澄清这对于阐明在高温下稳定Superspin玻璃相的机制很重要。在这项研究中，氧化物磁性薄膜通过蒸气相方法合成，并测量磁性特性以证明存在超级自旋玻璃相。今年，我们对Eu^<2+>无定形薄膜进行了详细的结构分析，这些薄膜证明了我们去年发现的铁磁过渡和重新进入旋转玻璃的行为，并研究了铁磁特性从理论和实验方面出现的机制。首先，在非晶的EUO-TIO_2系统上测量了EU和Ti的X射线吸收精细结构（XAF），Eu^<2+>和Ti^<4+>的局部结构被阐明，尤其是与Ti^<4+>的均衡环境完全不同。此外，在Eu^<2+>的4F和5D轨道上进行了X射线磁圆形二分法光谱法（XMCD），发现铁磁的起源是通过5D轨道通过4F旋转之间的间接相互作用。此外，使用密度功能方法的第一原理计算表明，Eu^<2+>之间的交换相互作用随着Eutio_3的晶状体量的增加而变成铁磁，并得出结论，通过TI^<4+的空的3D Orbital的相互作用竞争，确定了该系统的磁性。