東北大学多元物質科学研究所のプニート・ミシュラ研究員、岡博文研究員、米田忠弘教授、三重大学工学研究科の中村浩次准教授らの研究チームは、ナノ磁性材料に関する最も重要な特性である磁気異方性エネルギー（MAE）をナノ構造と同時に可視化・測定することに成功しました。

　磁石が記録媒体として用いられる理由のひとつは、磁石のN・S極を反転させるのに必要なエネルギーが高く、安定性が高いことがありますが、磁気記録の高密度化が進むと、単一ビットあたりの磁性体原子の数が減少し、その反転エネルギーが低下、安定な記録が出来なくなることが大きな問題です。MAEはこの反転エネルギーと関連しており、MAEを増大させることができればナノ磁性体の記録の安定性向上につながります。そのためにはMAEの現象を原子レベルで理解することが必要です。

　今回の測定には原子レベルで磁気特性を測定可能なスピン偏極走査トンネル顕微鏡（SP-STM）^注１の手法を利用し、観察対象として金属基板に成長させた強磁性薄膜であるコバルト2層膜のナノサイズの島を用いました。この薄膜の島は、オセロの駒が白と黒のどちらかが上向く様に、N極・S極のどちらかが表面から飛び出す方向を向いています。外部から磁場を印加した場合、最初磁場と反対を向いていた島も、ある強さの外部磁場の印加で、それと同じ方向に反転します。この外部磁場の強度から、MAEを測定することが可能です。共に非磁性金属である銅と金を基板とした場合、銅と比較して金の基板に成長させたコバルト島には 約2倍のMAEが観察されました。理論計算との比較により、金の大きなスピン軌道相互作用の影響によって コバルトに大きなMAEが観察されたことが理解されました。さらに同様の測定によって、基板に影響された薄膜磁性体の結晶性や、基板からの電子・スピン状態への影響が MAEの決定に大きく関与していることを世界に先駆けて解明しました。今回の解明は、高密度磁気記録の実現や、ナノ材料を用いたスピントロニクス^注２デバイスの構築に貢献すると考えられます。

　本成果は、2017年8月16日に、米国化学会誌「Nano Letters（ナノレターズ）」にJust Acceptedでオンライン掲載されました。

プレスリリース本文（PDF）

（a）磁石の微視的構造。磁石の基本単位スピンが多数絡み合い、全体として同じ方向を向く。（b）磁石のN・S極の反転に伴うエネルギー模式図。反転エネルギー ΔEを越えた場合、S極上向き（緑）からN極上向き（赤）に遷移する。

 
論文情報：
“Spatially Resolved Magnetic Anisotropy of Cobalt Nanostructures on the Au(111) Surface”
NANO Letters
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03114

関連リンク：
走査プローブ計測技術研究分野（米田研究室）
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