表面修飾による酸化鉄表面のスピン偏極度向上機構の解明と有用性の検証

阐明通过表面改性改善氧化铁表面自旋极化的机制并验证其有效性

• 批准号: 16J00053
• 负责人: 樋浦 諭志
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00053/
• 关键词: マグネタイト; 走査型トンネル顕微鏡; 表面電子状態; 表面修飾; 酸化物; 水素吸着

本研究では、水素吸着によるFe3O4表面のスピン偏極度向上機構を明らかにし、界面修飾により高スピン偏極界面を実現することを目的としている。本年度では、水素吸着により生じる最表面および表面第二層の鉄原子のフェルミ準位近傍での電子状態変化を走査型トンネル顕微/分光法(STM/STS)により調べた。また、表面スピン状態測定のための装置改造の検討を行うとともに、炭素原子蒸着機構を測定チャンバに新たに設置し、炭素原子を蒸着しながらのSTM測定を可能にした。以下に具体的な研究実施状況を示す。1. 通常のSTM測定で使用する一定電流モードではなく、マルチパススキャン法を活用することによりフェルミ準位直下の電子状態密度の実空間マッピングをおこなった。水素吸着により表面鉄原子のフェルミ準位直下の状態密度が大きく増加するというSTSスペクトルを再現する結果を得ることに初めて成功した。2. STM/STS及びマルチパススキャン法を用いた状態密度の実空間マッピングにより表面第二層の局所電子状態を取得することで、最表面の原子構造と電子状態の起源となる表面第二層の原子構造の決定に取り組んだ。表面第二層の鉄原子が位置する原子サイト間でフェルミ準位直下の状態密度の周期的な空間変調を観測した。この結果は表面第二層の鉄原子が電荷整列することを示しており、この電荷整列が最表面の再構成構造と半導体特性の起源であることを示唆している。3. 水素吸着による表面第二層の鉄原子の電子状態変化をSTM/STS及びマルチパススキャン法を用いた状態密度の実空間マッピングにより調べた。表面OH基の直下に位置する表面第二層の鉄原子の電子状態が金属特性を示すことがわかった。これらの結果から、水素吸着により生じる水素原子からの電子移動現象が最表面の鉄原子だけでなく表面第二層の鉄原子の電子状態にも大きな変調を与えることが明らかになった。

This study で は, water sorption に よ る Fe3O4 surface の ス ピ ン partial extreme up institutions を Ming ら か に し, interface modification に よ り high ス ピ ン partial pole interface を be presently す る こ と を purpose と し て い る. This year's で は, water sorption に よ り raw じ る most surface お よ び objects surface layer 2 の iron atoms の フ ェ ル ミ quasi a nearly alongside で の electronic state - the を walkthrough type ト ン ネ ル 顕 micro/spectrometry (STM/STS) に よ り adjustable べ た. ま た, surface ス ピ ン state determination の た め の plant modification の 検 line for を う と と も に, determination of carbon atoms steamed institutions を チ ャ ン バ に new た に し, carbon atoms を steamed し な が ら の STM measurement を may に し た. The following に specific implementation status of the な study を shows す. 1. の STM measurement usually use で す る certain current モ ー ド で は な く, マ ル チ パ ス ス キ ャ を ン method use す る こ と に よ り フ ェ ル ミ の electronic state density under quasi a straight の be space マ ッ ピ ン グ を お こ な っ た. Plain water sorption に よ り objects on the surface of iron atoms の フ ェ ル ミ quasi a straight down big が の state density き く raised plus す る と い う STS ス ペ ク ト ル を reappearance す る results る を こ と に early め て successful し た. 2. STM/STS and び マ ル チ パ ス ス キ ャ を ン method with い た state density の be space マ ッ ピ ン グ に よ り surface layer 2 の bureau electronic state を obtain す る こ と で と の atomic structure, the surface electronic state の origin と な る surface layer 2 の atomic structure の group decided to take り に ん だ. The が position of the <s:1> iron atoms in the second layer of the surface する the サ space between the ト of the サ atoms でフェ the でフェ of the <s:1> potential level directly below the <s:1> state density <e:1> the な spatial variation of the period を観 measure the た. こ の results は objects surface layer 2 の iron atoms が charge the whole column す る こ と を shown し て お り, こ の charge the whole column が most surface の to construct と semiconductor properties の origin で あ る こ と を in stopping し て い る. 3. The element of water sorption に よ る objects surface layer 2 の iron atoms の electronic state - を STM/STS and び マ ル チ パ ス ス キ ャ を ン method with い た state density の be space マ ッ ピ ン グ に よ り adjustable べ た. The direct position of the OH groups on the surface に position する the second layer of <s:1> iron atoms <e:1> on the surface が the electronic state が the metal properties を indicate す とがわ とがわ とがわ った った. こ れ ら の results か ら, water sorption に よ り raw じ る water element atoms か ら の electronic が moving the objects surface の iron atoms だ け で な く objects surface layer 2 の iron atoms の electronic state に も big き な - adjustable を and え る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Scanning Tunneling Spectroscopy Study of H/Fe3O4(001) Surface

H/Fe3O4(001)表面的扫描隧道光谱研究

• 发表时间: 2016
• 作者: S. Hiura;R. Yamazaki;M. Jochi;S. Takahashi;A. Subagyo;and K. Sueoka
• 通讯作者: and K. Sueoka

Fe3O4(001)表面第二層の電荷秩序整列に関する研究

Fe3O4(001)表面第二层电荷有序排列研究

• 发表时间: 2016
• 作者: 城地雅史;樋浦諭志;高橋聡太朗;山崎陸;Subagyo Agus;末岡和久
• 通讯作者: 末岡和久

Direct observation of subsurface charge ordering in Fe3O4(001) by scanning tunneling microscopy/spectroscopy

通过扫描隧道显微镜/光谱法直接观察 Fe3O4(001) 中的次表面电荷排序

• DOI: 10.7567/apex.10.045701
• 发表时间: 2017
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Satoshi Hiura;Akira Ikeuchi;Masafumi Jochi;Riku Yamazaki;Sotaro Takahashi;Agus Subagyo;Akihiro Murayama;Kazuhisa Sueoka
• 通讯作者: Kazuhisa Sueoka

Effect of Adsorbed H Atoms on Surface and Subsurface Fe Electronic States in Magnetite Film

吸附H原子对磁铁矿薄膜表面和次表面Fe电子态的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: Anantaphruti MT;Waikagul J;Yamasaki H;Ito A;S. Hiura
• 通讯作者: S. Hiura

Scanning tunneling microscopy/spectroscopy study of magnetite film surface: Effect of hydrogen atoms on the surface structural and electronic properties

磁铁矿薄膜表面的扫描隧道显微镜/光谱研究：氢原子对表面结构和电子特性的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: S. Hiura;M. Jochi;A. Subagyo;and K. Sueoka
• 通讯作者: and K. Sueoka