課題番号 ：S-20-MS-2001
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：窒素サーファクタント効果により作製した多層FeCo合金超薄膜の磁気特性
Program Title (English) ：Magnetic properties of FeCo alloy multilayer thin films grown
by nitrogen surfactant epitaxy
利用者名（日本語） ：宮町俊生1), 山本航平2,3), 小板谷貴典2,3), 横山利彦2,3)
Username (English) ：T. Miyamachi1), K. Yamamoto2,3), T. Koitaya2,3), T. Yokoyama2,3)
所属名（日本語） ：1) 電気通信大学, 2) 分子科学研究所, 3) 総合研究大学院大学
Affiliation (English) ：1) The University of Electro- Communications,
2) Institute for Molecular Science,
3) The Graduate University for Advanced Studies

１．概要（Summary）
L10型 FeCo規則合金は遷移金属合金の中で極めて高い垂直磁気異方性を有することが理論的に予測されており、レアアースフリーの高機能新規磁性材料として注目を集めている。しかし、L10-FeCoは非平衡構造なため、接合界面における原子スケールでの構造乱れに起因して規則度が低く、垂直磁化はこれまでに実現されていない。これまでに我々は窒化物単原子層の窒素サーファクタント効果を利用したL10型規則合金薄膜の高品質化に取り組んできた。FeCo規則合金薄膜においては初期成長段階であるFe2N上にCo 1原子層（ML）を積層した系の走査トンネル顕微鏡(STM)およびX線吸収分光/X線磁気円二色性 (XAS/XMCD) 測定を行い、その有用性を確認している。本研究ではFeCo合金薄膜の垂直磁化の実現およびさらなる増強を見据え、多層化したFeCo合金薄膜のXAS/XMCD測定を行い、膜厚増加に伴う結晶磁気異方性の変化を明らかにすることを目的とする。
　
２．実験（Experimental）
　測定はUVSOR BL4Bの装置を用いて測定温度：6.6 K、印加磁場：0-5 Tの条件で行った。測定試料として、まずCu(001)上の窒化鉄単原子層（Fe2N）を作製した。Fe2Nの作製条件はSTM観察により事前に明らかにしている。その後、Co, Fe単原子層を交互積層して窒素サーファクタント効果を利用したFeCo規則合金多層膜を作製した。単原子交互積層時の表面拡散を抑えることを目的に基板温度を約-100℃に冷却し、積層後、結晶格子の規則度を向上させるため室温まで基板温度を加熱した。XAS/XMCD測定は面直・面内配置で行った。
３．結果と考察（Results and Discussion）
XAS/XMCD測定の結果、Fe2Nは先行研究同様に強い面内磁気異方性を示した。Co1原子層を積層後、窒素サーファクタント効果によって系の構造が変化して最表面にはCo2Nが現れ［Fe2N/Cu(001) → Co2N/Fe/Cu(001)］、系の構造に変化に伴い面直磁化の増大が観測された。さらにCo, Fe単原子層を交互積層してFeCo規則合金多層膜を作製して磁化曲線（面直・面内方向）を測定した結果、膜厚の増加に伴う磁化の増強が観測された。得られた実験結果は窒素サーファクタント効果によってFe/Co接合界面における相互拡散が効果的に抑制されて原子レベルで平坦な表面・界面を維持して多層化することによってL10–FeCoの本質的な磁気特性（面直磁気異方性）が現れたと解釈できる。

４．その他・特記事項（Others）
本研究はJSPS科研費 基盤研究(B) 19H02595、新学術領域研究20H05179、挑戦的研究(萌芽) 20K21119および卓越研究員事業の助成をうけて行われた。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
・論文発表1件
[1] K. Kawaguchi et al., Phys. Rev. Materials 4, 054403 (2020).

・学会発表2件（国内2件）

６．関連特許（Patent）
なし。