薄膜成長プロセス制御による複合酸化物薄膜の強磁性化

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自然界に存在する多くの材料は酸化物であり、磁性（磁気的性質）の観点では、磁石にならない反強磁性と呼ばれる性質を示す。事実、単元素・室温で磁石になる元素はFe,Co,Niに限られており、現在実用化されている磁石はすべて、FeやCoを主成分としている。すなわち、もし酸化物の反強磁性を制御し、強磁性化（磁石化）することができれば、磁性材料の元素戦略・材料選択性を飛躍的に向上させることが可能になり、磁性材料設計の大きな転換点となる可能性を秘める。材料の磁性は、磁気モーメントと呼ばれる原子レベルの磁石（N‐S極）がどのように配列するかに依存し、反強磁性では隣り合う磁気モーメントが互いに向きを打ち消しあうように配列している。本研究では、材料形成の際の作製プロセスにおいて、この磁石の相反的な配列の一部を、磁気モーメントを持たない元素で置換する手法で、反強磁性材料の強磁性化（正確には、フェリ磁性化）する手法を開発する。具体的には、反強磁性材料であるCr2O3に対して、薄膜の成長過程で非磁性元素（Alなど）を添加することによる磁性の改質、ならびに、その発現メカニズムを実験的に解明することを目的とする。これらの成果をもとに、通常は磁石にならない材料を磁石化することのできる新規材料作製手法の構築を目指している。2022年度は、Cr2O3薄膜にAlを添加することで反強磁性からフェリ磁性へ改質できること、ならびに、発現するフェリ磁性のAl添加量による変化、結晶成長との関連を明らかにした。これらの成果の一部は、国内外の講演大会、学術論文で発表済みである。