【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.30】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22MS2003

利用課題名 / Title

磁性ヘテロ薄膜構造の磁化方向制御に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【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

放射光, 分子研UVSOR BL4B, XMCD

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)

宮町 俊生

所属名 / Affiliation

名古屋大学未来材料・システム研究所

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

梅田　佳孝,筒井　健三郎,小野　広喜,吉田　海仁

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

山本　航平,石山　修

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

MS-001：X線磁気円二色性分光

報告書データ / Report

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

本研究ではレアメタルフリー高機能新規磁性材料としての応用が期待されているL1₀型FeCo規則合金薄膜の創製に向け、窒素サーファクタント効果を利用した原子レベルでのFeCo規則合金薄膜の高品質化に取り組んだ。試料作製の初期段階として原子層レベルの超薄膜の構造と磁気特性を低速電子線回折(LEED)およびX線吸収分光法/X線磁気円二色性(XAS/XMCD)を用いて調べた。結果、Fe層の垂直磁気異方性がCoの積層、200℃での加熱処理によって向上することがわかった。LEED観測の結果から加熱処理により窒素サーファクタント効果が効果的に作用してFe/Co界面の規則化が進んだことが原因だと考えられる。

実験 / Experimental

測定試料としてまず、Cu(001)基板上へのN^＋イオンボンバードメントによって作製したN/Cu(001) 表面にFeを室温蒸着し、約300℃で加熱処理することにより窒化鉄2原子層を作製した(FeN/Fe)。その後、Co 1原子層を約–100℃での低温蒸着により積層し(CoN/Fe/Fe)、室温〜400℃の範囲で加熱した際にFe層の磁化曲線に現れる変化を元素選択的に抽出した。さらにFeを1原子層積層させた試料(FeN/Co/Fe/Fe)も作製し、膜厚の増大に伴う磁気特性の変化を調べた。XAS/XMCD測定はUVSOR BL4Bで測定温度8.0 K, 印加磁場0−5Tの条件にて行った。

結果と考察 / Results and Discussion

Fe XASスペクトルのL₃吸収ピーク強度を印加磁場に対してプロットし（L₂吸収ピーク強度で規格化）、 Fe層の磁化曲線を面内・面直配置において元素選択的に測定した。また、得られた磁化容易軸・困難軸における磁化曲線から磁気異方性エネルギーを求めた。結果、窒化鉄2原子層は先行研究同様に強い面内磁気異方性を示した。Co 1 原子層積層後に加熱処理した試料のFe磁化曲線を測定した結果、約200℃での加熱処理によって垂直磁気異方性が最も向上することがわかった。LEEDによる構造観察の結果から、加熱温度200℃までは窒素サーファクタント効果が活性化されて界面相互拡散を抑えながら原子レベルで平坦・均一なFe/Co界面が形成され、L1₀型FeCo特有の垂直磁気異方性が増大したと考えられる。加熱温度が300℃以上になると表面窒素原子が脱離してFe/Co界面原子の相互拡散が誘起されて規則度が低下し、垂直磁気異方性が減少したことが示唆される。

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)

1. K. Kawaguchi, Layer-resolved magnetic moments in N-surfactant assisted FeNi ordered alloy thin films, Japanese Journal of Applied Physics, 61, SL1001(2022).
   DOI: 10.35848/1347-4065/ac66c1
   

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

1. 1.“窒素サーファクタント効果を用いて作製したFeCo規則合金薄膜の磁気異方性と原子スケール界面構造”, 梅田佳孝, 小野広喜, 山本航平, 石山修, 横山利彦, 水口将輝, 宮町俊生, 第70回応用物理学会　春季学術講演会
2. 2. “Structural and magnetic properties of FeNi and FeCo alloy thin films on Cu(001) grown by nitrogen surfactant epitaxy”, T. Miyamachi, H. Ono, Y. Umeda, K. Kawaguchi, T. Gozlinski, T. Iimori, K. Yamamoto, M. Kotsugi, W. Wulfhekel, T. Yokoyama, F. Komori, and M. Mizuguchi, Visual-JW2022&DEJI2MA-2
3. 3. “窒素サーファクタントエピタキシーにより作製したCu(001)上FeNi/FeCo合金薄膜の構造と磁気状態”, 宮町俊生，小野広喜，梅田喜孝，川口海周，Thomas Gozlinski，飯盛拓嗣，山本航平，小嗣真人，Wulf Wulfhekel， 横山利彦，小森文夫，水口将輝, UVSORシンポジウム2022

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