電界による強磁性常磁性相転移に関する研究

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電界による強磁性常磁性相転移に関する知見を得るため、本研究ではゲート電界印加によってCo表面に電子を注入したときのCoの磁気モーメントの変化を定量的に調査した。金属表面に電界を印加すると、遮蔽効果により電界の影響を受ける部分は表面1原子層程度である。したがって、電界の影響を受ける表面1原子層のCoの電子状態がCo膜厚によらなければ、電界による磁気モーメントの変化はCo膜厚に依存しないと予想される。しかしながら、電界による電子数の変化と磁気モーメントの変化の関係にはCo膜厚依存性が存在していた。測定範囲内でCoが薄いとき、Coに電子を注入する(抜く)と磁気モーメントは増加(減少)した。これは、3d遷移金属における電子数と磁気モーメントの関係として知られるスレーター・ポーリング曲線から予想される方向とは反対である。さらに、電子数の変化に対する磁気モーメントの変化は+1μB/1 electronより大きくなった。Coを厚くすると電子数の変化に対する磁気モーメントの変化は小さくなり、あるCo膜厚で電子数の変化に対する磁気モーメントの変化の方向の符号は逆になった。すなわち、Coに電子を注入したときに磁気モーメントが減少した。また電子数の変化に対する磁気モーメントの変化は-1μB/1 electronに近付いた。これらの結果から表面のCoの電子状態はCo膜厚に依存しており、Coが薄いときはマジョリティスピンバンドマイノリティスピンバンドともにホールが存在するが、Coが厚いときマジョリティスピンバンドは完全に占有されており、マイノリティスピンバンドのみにホールが存在していると予想した。さらに、ストーナーモデルに基づいたシミュレーションにより、実験で得られた電界による強磁性常磁性相転移点の変化および磁気モーメントの変化をリジッドバンドへの電子注入で説明できるか調査した。