課題番号：

JPMXP1223MS1028

実施機関：

自然科学研究機構

要約

磁気信号の高感度検出に重要な「交換バイアス」（磁場に対して正負非対称な磁化反転を生じさせる見かけ上の磁場）の発現には、一般に強磁性／反強磁性の接合素子が必要である。これに対し、本研究ではMn3(Ge,Mn)Nにおいて、単一物質にも関わらず室温で交換バイアスを示すことを独自に見出した。これは、Mn3(Ge,Mn)Nにおいて、一般に極低温の現象として知られているスピングラス相（ミクロに強磁性と反強磁性の相互作用が混在した相）が室温以上まで安定化していることを示唆している。導体で室温までスピングラス相が安定となる物質は非常に限られており、室温駆動デバイスへの応用だけでなく基礎研究上も興味深い物質である。そこで本研究では、PLD法を用いて作製したMn3(Ge,Mn)N薄膜の磁気特性について調査を進めている。結果として、MgO(001)基板およびGaN(0001)/c-sapphire基板上にエピタキシャル成長したMn3(Ge,Mn)N薄膜では交換バイアスは観測されなかった。一方で、Si(001)基板上に作製したMn3(Ge,Mn)N薄膜は多結晶であったが、4 Kで100 Oe程度の微弱ながらも交換バイアスが観測された。このことから、粒界の存在が交換バイアスの発現にとって重要である可能性が考えられる。
Mn3(Ge1-xMnx)N 粉末は真空封入した石英管中で固相反応法(800℃, 60 h)により合成した。また、Mn3(Ge1-xMnx)N薄膜はPLD法を用いてMgO(001)基板、GaN(0001)/c-sapphire基板およびSi(001)基板上に成膜した。ターゲットには、放電プラズマ焼結法により作製したMn3(Ge1-xMnx)N 焼結体を用いた。成膜は、背景真空度0.8-5.0×10-5 Pa において、Nd:YAGレーザー4倍高調波を用いて行った。得られた薄膜は静岡大学にてX線回折(XRD)と蛍光X線分析、および分子科学研究所にて超伝導量子干渉磁束計(SQUID)の搭載されたMPMS-3を用いて評価した。