基板制御による非平衡新物質相の創製と相変態

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基板上に金属薄膜を積層すると,基板の拘束を受けて,平衡状態図にない構造をもつ物質を創製することが出来る.これら非平衡物質,および非平衡物質に各種処理を施し相変態を引き起こさせた物質では,従来にない特性を発揮することが期待できる.しかし,非平衡物質の創製とその相変態は種々の条件により左右され,支配因子について十分に理解されていない.我々のこれまでの一連の研究で,基板の種類,積層膜犀,バッファ層,シード層を制御することにより,非平衡結晶の創製に成功してきた.本研究では,Dy/Cr,Al/Agを選び,MBE法により結晶成長させ,基板拘束下という特殊環境下での相変態の様子を,明らかにすることを試みた.Dy/Cr人工格子では,CrはMgO(100)上にCr(100)および(110)上にCr(211)がエピタクシアル成畏させることができた.その上のDyもエピタクシアル成長させることができた.Cr上のDyは,Dy(1012)面が成長面であった.この面はDy[1210]方向を回転軸として,±3.7度傾斜していた.しかし,それ以上の積層では,CrもDyも膜厚が薄いとき,アモルファスあるいは微結晶となり.厚くなると多結晶になった.Al/Ag人工格子は,設定構造を[Al(1.8nm)/Ag(1.2nm)]60とし,Al,Ag共に成長速度0.1ML/s,基板温度20,50,70,100℃にて,(100)Agバッファ層上にMBE成長させた.いずれの場合も初期には(100)のエピタキシャル成長が認められた.また,Agバッファ層上のAl層の成長時にはRHEED振動が認められた.しかし,積層を繰り返す内に(111)成長する領域が現れ,次第に優勢になっていき,最終的にはすべて(111)成長に変わった.(100)成長の持続性は,基板温度に極めて敏感で,50℃では比較的長く続くが.20℃や70℃では数回〜十数回の(100)bilayer成長を繰り返した後は(111)成長に変わった.