強磁性金属超薄膜における磁性の電界制御とその起源解明

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近年、鉄に代表される強磁性金属に対して絶縁物質を通して電圧を印加することにより、その性質を変える研究が盛んに行われている。電圧の印加によって物質の性質が変わるこの現象は電界効果と呼ばれている。強磁性金属に対する電界効果についての研究報告は多数あるものの、その発生機構については未だに明らかになっていない部分も多い。そこで、この研究課題では同じく強磁性金属について観測される電流誘起の有効磁場に着目して別の切り口から電界効果の研究を行った。この電流誘起の有効磁場は、強磁性金属を材料の一つとして用いて様々な金属を積層させた金属多層膜において観測される。一般的に金属に電流を流すと右ねじの法則から磁場が現れるが、ここでいう有効磁場はその大きさが右ねじの法則による磁場に比べて1桁から3桁大きい。有効磁場の発生機構には界面における電子の状態が深く関わっていると考えられる。そのため、電圧を印加したとき界面で生じる電界効果によって界面の電子の状態を変化させることでこの有効磁場が変化することが考えられる。この有効磁場の変化を通して界面における電子状態の変化と磁性の関係を明らかにし、電界効果の発生機構に迫ることが本研究の目的である。本年度においては前年度までに確立した有効磁場測定方法を用い、電圧を印加しながら有効磁場測定を行う方法を考案し測定を行った。このとき電圧を金属多層膜に印加するために用いる絶縁物質としてイオン液体を用いることで、他の絶縁物質を用いた場合に比べてより大きい電界を印加できるようにした。その結果、電界効果によって有効磁場が変化することが明らかとなった。また、電界効果による変化は有効磁場に存在する二つの成分においてそれぞれ異なることがわかった。このことは強磁性金属多層膜における電界効果の理解を進めるものと期待される。