研究内容と最近の成果
Research Works at Hayashi Laboratory


サファイア中へ注入して作製したナノ微粒子の
 電子顕微鏡像
 (XTEMによる観察例)


 あらすじ 

  グラニュラー層の創製と新規な物性の探索
 化粧品のノリを良くするために超微粒子が使われている。 また、車の排ガスの中で最近問題になっているのも超微粒子だ。
超微粒子とは直径が数百ナノメーター(1nmは10億分の1 m、〜髪の毛の数百分の一)以下の小さな、小さな粒だ。
この超微粒子はナノテクノロジー基盤技術の一つとして、次代の新しい電子材料の芽となると期待されているのだ
★★

イオン注入技術を用いて磁性金属原子を絶縁体酸化物中に導入すると、直径が1〜10 nmほどの
ナノサイズの超微粒子が形成される。
我々は、このような超微粒子をサファイア(Al2O3)基板中に分散させた
ナノコンポジット・グラニュラー層が巨大磁気抵抗効果を示すことを初めて見出した。
現在、この新しい物性を示すグラニュラー層の創製と新たな材料分野への開拓を
目指す研究を行っている

  
We have synthesized nanosized clusters in refractory metal oxides by ion implantation, and the physical properties are being studied.

国際会議での発表・森脇君;IUMRS(Oct.2003,Yokohama)
横浜国際会議場

Fe−Co微粒子合金におけるFe磁気モーメントの増大を示す結果


  (久留米工大知能工研報告報告、第15号(2003) p.48
イオン注入による巨大磁気抵抗材料の創製)

 研究テーマ、その内容 

1.Fe-Al-Oグラニュラー層のTMR効果
Tunneling-type magneto-resistance in Fe-Al-O granules
 鉄イオンを1×10^17 cm^-2 までイオン注入したグラニュラー層は、
格段に大きな磁気抵抗変化を示すことが分かった。そのMR比は、磁場1Tに対して
約7%と得られ、通常のスパッタ法で作られたグラニュラー膜のMR比より約2倍も大きい。
     ・・因みに大きなMR比は巨大磁気抵抗効果(GMR)と呼ばれ、その特性はパソコンの
HDDヘッドなどなどに利用される。

   (Hyperfine Int.,141/142 (2002) 163;Iron clustering and the magnetic properties in Al2O3 .pdf へのリンク )

2.合金超微粒子の形成とその磁性
    Synthesis of alloy nano-clusters and the magnetic properties)

     Fe-Co合金超微粒子の作製に、イオン注入技術を用いて初めて成功している。
この超微粒子は、ポーリング・スレーター曲線としてよく知られる磁化のCo濃度依存性を
示している。またグラニュラー膜としては世界最高のMR比が得られた=
最新の結果では、13%の値が得られている。
   ( J. Appl. Phys.,94 (2003) 2597; Formation of nanosize Fe-Co alloysl.pdf へのリンク)

☆ ☆

3.多様なナノコンポジット・グラニュラー層の創製
  Varieties of nano-particles in oxides such as MgO, SiO2 and so on.

特に、SiO2基板中への鉄イオン注入による鉄シリサイド超微粒子の形成を確認した。
    このようなナノコンポジットはナノデバイスの基盤材料技術として期待される。

     (IUMRS- ICA to be published; Iron nanoclusters in SiO2 synthesized by implantation.pdf へのリンク

☆ ☆ ☆

4.ナノコンポジットグラニュラー層の効果・応用
   ・次世代高度情報化に対応できる記録素子MRAMへの対応; 
TMR効果は、電子トンネリングによって現れる現象である。そして、次世代用
     高密度記録素子、磁気ランダムアクセスメモリーに必要な材料技術になると期待される。
       ・光スイッチなどオプトエレクトロニックス素子
       ・セラミックス表層の高機能化、などなど

 共同研究 

 次の研究所、大学との間で共同研究を行っている。
・国内

 産業技術総合研究所(茨城県つくば市)
 
武蔵工業大学(東京)
・国外
 ★Duisburg 大学(ドイツ)
 ★Copenhagen 大学(デンマーク)

 

 実験装置 ・・・1部紹介☆


つくば産業技術総合研究所のイオン注入装置
(イオン源及び高電圧発生部、加速管)



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