Synthesis and characterization of multiferroic thin films with perpendicular magnetic anisotropy

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本年度は，Pulsed Laser Deposition法により，目的組成の酸化物薄膜を作製し，薄膜X線法により構造を解析し，磁化特性，強誘電性，および マルチフェロイック特性評価を既存の物性物性測定装置を用いて行った.薄膜作製は消耗品として計上した単結晶基板を用い，物性測定は，液体 ヘリウムクライオスタットを用いた.前年度までの研究でkアルミナ型磁性強誘電体に関しては，SrTiO3(100)面上に育成すると，c軸配向し ながらドメインが60°ごとに成長する特異な成長をすることが確認された.本年はこのナノドメイン化による磁気特性の変化を測定して，ナノ サイズのドメイン構造，サイズ，ドメイン境界相の構造を詳細に検討することにより，磁気異方性の変化を実験的に調査した.磁気特性測定の結果 から，本系の磁気異方性はSrTiO3(111)面上に堆積した場合に示す面内磁気異方性に比較して，これがSrTiO3(100)面上では、面直方向への異方性に変化した。この原因は，ドメイン境界に存在するドメ イン壁に起因するものであるかは不明であったため，透過型電子顕微鏡を用いて，ドメインの構造，ドメイン境界相の構造を詳細に 調べた.その結果、本系におけるドメイン壁の方向はには主に6種類存在し、方向が直行関係にあるドメイン間で生成するドメイン壁は他のドメイン壁に比べて厚いため、隣接するドメイン内の鉄イオン間の酸素を介した超交換相互作用は弱く、見かけ上，磁気異方性が変化することが考えられる。本研究の結果は、kアルミナ型磁性強誘電体で生成するドメインは従来型の強誘電体・磁性体よりも数桁小さなドメインが生成し、各方向を向くドメインを隔てるドメイン壁もドメイン間の方位関係で厚さが異なることに起因してマクロな磁気異方性を変化させることができる。