利用報告書 / User's Reports | ARIM Japan公式ホームページ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NI1701

利用課題名 / Title

垂直磁気異方性をもつコバルトフェライト薄膜の導電性の制御

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋工業大学 / Nagoya Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,資源代替技術/ Resource alternative technology

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

森下雅也

所属名 / Affiliation

名古屋工業大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

市川知幸,眞下大輔

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

種村眞幸

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NI-017：精密形状測定・局所磁気測定・局所電気特性評価装置
 NI-016：高感度SQUID磁化測定装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

コバルトフェライト（CoFe₂O₄）は逆スピネル構造を持つフェリ磁性体である。化学量論組成のコバルトフェライトは絶縁性を示す。本研究では、成膜条件を変えることで、電気伝導特性が異なる非化学量論組成のコバルトフェライト薄膜の作り分けを行い、電気伝導性の起源を調査することを目的としている。MgO(001)基板上に作製したコバルトフェライト薄膜は(001)方向にエピタキシャル成長して、膜面垂直方向より面内方向の格子定数が小さく、面内方向に引張り歪みがあることがわかった。またこの歪みにより、垂直磁気異方性を有していることがわかった。作製方法を変えることで、電気伝導特性が異なるコバルトフェライト薄膜の作製に成功した。絶縁性の薄膜には、FeイオンはFe²⁺のみであるが、導電性の薄膜ではFe²⁺とFe³⁺が混在するため、Feイオン間の電子のホッピング伝導により導電性を示すことがわかった。

実験 / Experimental

MgO(001)基板上にパルスレーザー堆積法を用いて、成膜材料や成膜時の雰囲気ガスを変えて非化学量論組成のコバルトフェライト薄膜を作製した。X線回折測定で、薄膜の結晶性を評価した。精密形状測定・局所磁気測定・局所電気特性評価装置を用いて薄膜の表面平坦性を評価した。また、高感度SQUID磁化測定装置を用いて、薄膜の磁気特性を評価した。次に、電気伝導測定とメスバウアー分光測定、X線磁気円二色性（XMCD）測定を行い、導電性と陽イオン価数・陽イオン欠陥の相関について考察した。

結果と考察 / Results and Discussion

コバルトフェライト薄膜は(001)方向にエピタキシャル成長して、膜面面内方向の引張歪みによって垂直磁気異方性を示すことが確認された。また、電気伝導特性の評価から、成膜材料や成膜時の雰囲気ガスが変わると、コバルトフェライト薄膜の電気伝導特性が大きく変化することがわかった。メスバウアー分光測定およびXMCD測定の結果から、絶縁性のコバルトフェライト薄膜の鉄イオンには、Fe2+と陽イオンの欠陥が存在している一方、導電性を示すコバルトフェライト薄膜では、逆スピネル構造における八面体サイトにFe²⁺イオンが存在することがわかった。この薄膜では、Fe²⁺とFe³⁺のホッピング伝導により導電性が発現することがわかった。この結果は、第一原理計算で得られた電子の状態密度の計算結果と定性的にあっていることがわかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Masaaki Tanaka, Generation of spin-polarized electronic currents using perpendicularly magnetized cobalt ferrite spin-filtering barriers grown on spinel-type-conductive layers, Applied Physics Letters, 122, (2023).
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0131390

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

森下雅也，市川知幸，古田元春，眞下大輔，田中雅章，本多周太，岡林潤，壬生攻、「垂直磁気異方性を有するコバルトフェライト薄膜の導電性制御」、第70回応用物理学会春季学術講演会（東京）、2023年3月
森下雅也，市川知幸，古田元春，眞下大輔，田中雅章，本多周太，岡林潤，壬生攻、「垂直磁化コバルトフェライト薄膜の導電性制御と磁気分光測定による導電性の起源の調査」、IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会（愛知）2023年2月
田中雅章、古田元春、森下雅也、市川知幸、洪鈺珉、本多周太、小野輝男、壬生攻、「導電性コバルトフェライト電極上に作製した垂直磁化コバルトフェライト薄膜によるトンネル型スピンフィルター効果」、第46回日本磁気学会学術講演会（長野）、2022年9月

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件