Research Abstract

ZnO極性面上に直接製膜したCo薄膜

Co thin films deposited directly on ZnO polar surfaces

2016年11月29日 Scientific Reports 6 : 38005 doi: 10.1038/srep38005 (2016)
ZnO極性面上に直接製膜したCo薄膜
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強磁性体(FM)金属/酸化物積層体は、スピントロニクスデバイスの性能を決定付ける重要な構造体である。しかし、酸化物の電気的極性が隣接FM金属の磁気的特性に及ぼす影響は、これまで調べられていない。今回我々は、スパッタリング法でZnO基板のZn極性面とO極性面に直接製膜した非常に薄いCo膜の磁気的特性と構造的特性について報告する。これらの極性面上の膜では、磁気異方性とキュリー温度が極性に依存する劇的な違いを示している。構造解析の結果から、Co/O極性面のヘテロ界面は幾分拡散的であるのに対し、Co/Zn極性面のヘテロ界面は原子レベルで平坦であることが明らかになっている。これらの結果は、表面の極性が膜の特性を決定付ける重要な役割を果たしていることを示唆している。この新奇なFM金属/極性酸化物系は、スピントロニクスデバイスに新しい機能を付与するとともに、ビルトイン電界が金属単層の磁性に及ぼす影響を調べるための理想的な基盤になると予想される。

Daichi Chiba, Naoya Shibata and Atsushi Tsukazaki

Corresponding Author

千葉 大地
東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻

A ferromagnetic (FM)-metal/oxide stack is the key structure determining the performance of spintronic devices. However, the effect of the electronic polarity of the oxide on the magnetic properties of the adjacent FM-metal has not been investigated previously. Here, we report the magnetic and structural properties of Co ultra-thin films sputter deposited directly on the Zn- and O-polar surfaces of ZnO substrates. The magnetic anisotropy and Curie temperature exhibit dramatic polarity-dependent differences for films on these surfaces. Structural analyses reveal that the heterointerface of the Co/O-polar surface is rather diffusive, whereas that of the Co/Zn-polar surface is atomically flat. These results suggest that the surface polarity plays a key role in determining the properties of the film. This novel FM-metal/polar-oxide system is expected to add new functionality to spintronic devices and provide an ideal basis for investigating the effect of a built-in electric field on the magnetism in a metallic monolayer.

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