【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23TU0075
利用課題名 / Title
エネルギー変換機能を有するナノ複相膜の開発
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non 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）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（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
ナノ複相膜, 高周波軟磁性, 複機能性 ,電子顕微鏡/ Electronic microscope
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)
青木 英恵
所属名 / Affiliation
東北大学大学院 工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
今野豊彦
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-514：熱分析装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、強磁性ナノ粒子が透明マトリクス中に分散するナノ複相膜に着目し、金属ナノ粒子を「球」から「扁長」形状へ変化させ配列させることで、形状異方性を利用し磁気抵抗効果の高感度化を実現することを目的とする。タンデムスパッタ法を用いて電気比抵抗の高いマトリクスと磁化の大きい磁性金属を交互に成膜した。成膜時の基板回転数を変化させることで膜中の粒子形状および配列を制御することが可能である。特に酸化して磁気特性が劣化するFeを成膜する場合は、タンデム法で基板回転数を低くすることが有効である。
実験 / Experimental
ナノ複相膜は、タンデムスパッタ法を用いて、基板回転速度2.5~12rpmの範囲で単結晶Si上に成膜した。膜厚30nm未満のナノ複相膜の断面を薄片化し、透過電子顕微鏡を用いて微細構造観察・結晶構造解析・ナノスケール組成マッピング分析を行った。また熱分析を行い、薄膜の安定性を確認した。
結果と考察 / Results and Discussion
図１に熱分析結果を図２に電顕観察の一例を示す。一連の実験により、2.5および12rpmでFe-Al2O3を成膜した結果、12rpmでは磁性粒子は確認できず合金膜であることが分かった。マッピング分析の結果、2.5rpmにおいて扁平Fe粒子が形成することが分かった。扁平粒子が確認できたナノ複相膜においても回折像に明瞭なスポットは見られず、Feは2nm以下の微細結晶として存在することが示唆された。膜構造は、静磁気特性の超常磁性挙動と一致した。ナノ粒子の微細化はトンネル扁平粒子膜では、2.5%のトンネル磁気抵抗効果が得られた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ Fe系アモルファス薄帯の示差熱分析結果
図２ 作製した薄膜の断面方向からの高分解能電顕像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
高校生の東北大学での研究者体験プグラム「マテジョLABO」https://www2.fris.tohoku.ac.jp/~matejo/
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)
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Hanae Kijima-Aoki, Faraday effects of magneto-dielectric nanogranular films with various particle shape, 2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers (INTERMAG Short Papers), , 1-2(2023).
DOI: 10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10305022
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Hanae Kijima-Aoki, Magnetic nanopillars in self-organized magneto-dielectric nanocomposite thin films, 2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers (INTERMAG Short Papers), , 1-2(2023).
DOI: 10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10228528
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- N. Yokohama, , H. Kijima-Aoki, H. Masumoto, "Improving magnetic and dielectric performance of Co-BaMgF4 nanocomposite films by thermal annealing treatment.", Intermag2023, Sendai
- H.Kijima-Aoki, T. Uchiyama, H. Masymoto, "Magnetoresistance of nano-granular film the effect of shape and alignment of magnetic nanogranules in ceramics matrix", Proc. MRM2023/IUMRS-ICA2023, G4-O403-07, Kyoto14th Dec. 2023
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