(100)立方晶単結晶基板上にエピタキシャル成長した3d強磁性遷移金属薄膜の構造解析(光記録,一般)
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概要
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3d強磁性遷移金属(Fe,Co,Ni)およびこれらの合金の薄膜をMgO,SrTiO_3,および,GaAsの(100)単結晶基板上に形成し,RHEED,XRD,および,TEMにより成長機構および構造を調べた.いずれの基板上においても,bcc構造を持つFe,Fe_<65>Co_<35>,Fe_<50>Co_<50>,Fe_<80>Ni_<20> (at.%)膜が形成された.MgO基板上に300℃より高温でエピタキシャル成長したCo膜は,hep構造を持ち,(1120)が基板面と平行に配向した双晶から構成された.一方,100℃で形成したエピタキシャル膜は,hcp(1120)結晶に加え,fcc(100)結晶を含む混合結晶から構成された.MgO基板上に形成したCo_<80>Ni_<20>膜では,成長温度に関わらず,hcp(1120)およびfcc(100)の複合結晶が形成された. NiおよびNi_<80>Fe_<20>膜においても,fcc(100)結晶に加え,準安定なhcp(1120)結晶が形成された.膜厚の増加に伴い,hcp-Niおよびhcp-Ni_<80>Fe_<20>結晶は(0001)最密充填面のすべりにより安定なfcc(110)結晶に変態する傾向が認められた. SrTiO_3基板上にエピタキシャル成長したCo,Co_<80>Ni_<20>,Ni,および,Ni_<80>Fe_<20>膜はfee構造を持った.GaAs基板上におけるCo,Ni,および,Ni_<80>Fe_<20>膜の成長初期段階においては,準安定なbcc結晶がヘテロエピタキシャル成長により安定化された.しかしながら,膜厚の増加に伴い,準安定bcc結晶も{110}最密充填面のすべりにより安定なfcc結晶に変態した.MgO基板上にエピタキシャル成長した膜の歪は,格子ミスマッチが3〜17%と大きいにも関わらず,非常に小さいことがXRD解析により示された.ミスマッチを低減させるために,膜と基板の界面付近の膜中において,多くのミスフィット転位が導入されることが高分解能断面TEM観察により分かった.
- 2013-03-01
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