(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア単結晶基板またはチタン酸ストロンチウム単結晶基板の上に形成された、下記一般式
Ｍｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（０．３５≦ｔ≦０．４）
で表され、１０μｍ以下の膜厚を有するスピネル型フェライト薄膜に磁場を印加した状態で光を照射して、前記スピネル型フェライト薄膜の磁化を増大させることを特徴とする光誘起磁化制御方法。
【請求項２】
前記磁場は、前記スピネル型フェライト薄膜の抗磁場Ｈｃに対して３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光誘起磁化制御方法。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温スピングラス状態を示し、光によりスピン制御可能なスピネル型フェライト薄膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在実用化されている磁気記録媒体の１つとして、光磁気記録媒体（ＭＯ）が知られている。現状の光磁気記録媒体は、レーザーを熱源として使用して媒体に構造変化を起こして記録を行っている。しかし、熱によって媒体に構造変化を起こすため、その記録速度の短縮には限度がある。最近の情報の増加に伴い、記録および処理速度の高速化が要求されていることから、熱ではなく光で直接記録できる光磁気記録媒体が要望されている。
【０００３】
スピングラス物質は、光照射による磁気特性（スピン）の制御が期待できるため、新たな光磁気記録媒体の有力な候補である。しかし、多くのスピングラス物質は５０Ｋ以下の低温でしかスピングラス状態を示さない。これは、スピングラス発現温度を決定するスピン交換相互作用の値が小さいことに起因する。このため、グラス現象の高温化が実用化への課題となっていた。
【０００４】
これまでに、高温（室温）スピングラス状態が実現している例として、Ｚｎ0.5Ｃｏ0.5Ｆｅ2Ｏ4のバルク体（グラス転移温度Ｔf＝３２０Ｋ）とＣｏＦｅ2Ｏ4のアモルファス膜（Ｔf＝２８４Ｋ）が報告されている。しかし、スピングラス物質をメモリ材料として使用するには、室温付近でスピングラス状態を実現できる物質の選択の幅を広くすることが求められている。また、上記２つの物質については、光によるスピン状態の制御に関する例は報告されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、室温付近またはそれよりも高い温度でスピングラス状態を実現でき、しかも光によりスピン状態を制御できるスピネル型フェライト薄膜およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光誘起磁化制御方法は、サファイア単結晶基板またはチタン酸ストロンチウム単結晶基板の上に形成された、下記一般式
Ｍｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（０．３５≦ｔ≦０．４）
で表され、１０μｍ以下の膜厚を有するスピネル型フェライト薄膜に磁場を印加した状態で光を照射して、前記スピネル型フェライト薄膜の磁化を増大させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の方法においては、前記基板としてサファイア単結晶またはチタン酸ストロンチウム単結晶が用いられる。
【００１０】
本発明の光誘起磁化制御方法は、上記のスピネル型フェライト薄膜に、その抗磁場Ｈｃに対して３０％以上の磁場を印加した状態で、光を照射し磁化を増大させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１２】
本発明のスピネル型フェライト薄膜は、下記一般式
ＡＥ1+tＦｅ2-2tＴＭtＯ4  …（１）
（ＡＥはアルカリ土類金属またはアルカリ金属を示し、ＴＭは遷移金属を示し、０．２≦ｔ≦０．６である）、または下記一般式（２）
Ｚｎ1-xＣｏxＦｅ2Ｏ4  …（２）
（０．２≦ｘ≦０．７）
で表されるものである。本発明において、薄膜とは膜厚が１０μｍ以下であることを意味する。
【００１３】
一般式（１）で表される化合物のうち代表的なものは、Ｍｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（０．２≦ｔ≦０．６）である。この式で表される化合物は、スピネル型フェライト（Ｆｅ3Ｏ4）のＦｅイオンの一部を、非磁性イオン（Ｍｇ2+，Ｔｉ4+）で置換したものである。Ｍｇの代わりにリチウム、Ｔｉの代わりにバナジウム、マンガン、クロムまたはニッケルを用いてもよい。
【００１４】
本発明の方法では、真空容器内に基板（サファイア単結晶またはチタン酸ストロンチウム単結晶）およびターゲットを設置し、真空容器内の酸素分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下に設定して、レーザービームデポジションにより、前記基板上に一般式（１）または（２）で表されるスピネル型フェライト薄膜を成膜する。
【００１５】
ここで、基板としては、格子定数がａ＝４．７５８Å、ｃ＝１２．９９１Åであるサファイア単結晶の（０００１）面、または格子定数は３．９０Åであるチタン酸ストロンチウム単結晶の（１１１）面を用いる。
【００１６】
上記のように所定の格子定数を有する基板上に酸素分圧を制御して所定の組成を有する膜厚１０μｍ以下のスピネル型フェライト薄膜を成膜すると、薄膜の格子中での鉄の価数を２価と３価との間の混合価数に調節するとともに薄膜に格子歪みを導入することができる。この結果、薄膜中でのスピン交換相互作用を増加させることができ、グラス転移温度を高くすることができる。たとえば、サファイア基板上に作製したＭｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4薄膜（ｔ＝０．３５）では３７０Ｋまでスピングラス状態が維持される。
【００１７】
本発明のスピネル型フェライト薄膜は、その抗磁場Ｈｃに対して３０％以上の磁場を印加した状態で、光を照射し磁化を増大させることができ、室温でのスピングラス状態の光制御も実現できる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００１９】
実施例１
スピネル型フェライト薄膜の成膜時の酸素分圧を変化させて、その影響を検討した。
【００２０】
レーザーデポジション装置内に、（０００１）面のサファイア単結晶（α−Ａｌ2Ｏ3）基板およびＭｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（ｔ＝０．５）ターゲットを設置し、高真空にした後、酸素を導入して圧力を１×１０-5Ｔｏｒｒまたは１×１０-4Ｔｏｒｒに設定した。基板温度を３５０〜５５０℃に設定して、ＡｒＦエキシマレーザーから波長１９３ｎｍのレーザービームをターゲットに照射し、基板上に膜厚６６０ｎｍのＭｇ1.5ＦｅＴｉ0.5Ｏ4スピネル型フェライト薄膜を成膜した。
【００２１】
図１にＭｇ1.5ＦｅＴｉ0.5Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す。図中、ＺＦＣはゼロ磁場測定の結果、ＦＣは磁場測定の結果をそれぞれ示す。この図に示されるように、酸素分圧１×１０-5Ｔｏｒｒで成膜された薄膜のグラス転移温度（２００Ｋ）は、酸素分圧１×１０-4Ｔｏｒｒで成膜された薄膜のグラス転移温度（５０Ｋ）よりも高くなっている。このように、成膜時の酸素分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒが適している。
【００２２】
なお、Ｍｇ1.5ＦｅＴｉ0.5Ｏ4のバルク体は低温（２２Ｋ）でスピングラス的な振る舞いを示すことが報告されているが、酸素分圧１×１０-5Ｔｏｒｒで成膜された薄膜のグラス転移温度はそれよりも１８０Ｋ高い。これは、薄膜ではバルク体とは格子内での鉄の価数が異なり、それに伴ってスピン交換相互作用に違いが生じているためであると考えられる。
【００２３】
実施例２
スピネル型フェライト薄膜の組成を変化させて、特性を比較した。
【００２４】
レーザーデポジション装置内に、（０００１）面のサファイア単結晶基板およびＭｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（ｔ＝０．４または０．３５）ターゲットを設置し、高真空にした後、酸素を導入して圧力を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定した。そして、実施例１と同様な方法にして、サファイア単結晶基板上にＭｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（ｔ＝０．４または０．３５）で表されるスピネル型フェライト薄膜を成膜した。
【００２５】
図２のＭｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す。図２（Ａ）はＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4（ｔ＝０．４）についての結果、図２（Ｂ）はＭｇ1.35Ｆｅ1.3Ｔｉ0.35Ｏ4（ｔ＝０．３５）についての結果である。これらの図に示されるように、Ｍｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4では３１０Ｋのグラス転移温度、Ｍｇ1.35Ｆｅ1.3Ｔｉ0.35Ｏ4では３７０Ｋという従来よりも高いグラス転移温度が得られている。
【００２６】
実施例３
スピネル型フェライト薄膜を成膜する基板を変えて、その影響を調べた。
【００２７】
レーザーデポジション装置内に、（０００１）面のサファイア単結晶基板または（１１１）面のチタン酸ストロンチウム単結晶基板、およびＭｇ1+tＦｅ2-2tＴｉtＯ4（ｔ＝０．４）ターゲットを設置し、高真空にした後、酸素を導入して圧力を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定した。そして、実施例１と同様な方法にして、サファイア単結晶基板上にＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4で表されるスピネル型フェライト薄膜を成膜した。
【００２８】
図３にサファイア単結晶基板またはチタン酸ストロンチウム単結晶基板上に成膜されたＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す。この図から明らかなように、Ｍｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4薄膜のグラス転移温度は、基板としてチタン酸ストロンチウム単結晶を用いた場合（３４０Ｋ）の方が、サファイア単結晶を用いた場合（３１０Ｋ）よりも高くなっている。
【００２９】
実施例４
スピネル型フェライト薄膜に抗磁場Ｈｃに対して３０％以上の磁場を印加した状態で、光を照射することによりスピングラス状態を制御した例を説明する。
【００３０】
実施例１のように（０００１）面のサファイア単結晶基板上にＭｇ1.5ＦｅＴｉ0.5Ｏ4薄膜を成膜した試料を用意した。図４（Ａ）にこの試料について光照射前後の磁化率の温度依存性を比較して示す。この場合、３５０Ｏｅの磁場を印加した状態で白色光を照射している。この図に示されるように、グラス転移温度以下でのゼロ磁場測定において光照射により磁化が増大していることがわかる。
【００３１】
また、実施例３のように（１１１）面のチタン酸ストロンチウム単結晶基板上にＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4薄膜を成膜した試料を用意した。図４（Ｂ）にこの試料について光照射前後の磁化率の温度依存性を比較して示す。この図でも、グラス転移温度以下でのゼロ磁場測定において光照射により磁化が増大していることがわかる。
【００３２】
実施例５
レーザーデポジション装置内に、（０００１）面のサファイア単結晶基板およびＺｎ1-xＣｏxＦｅ2Ｏ4（ｘ＝０．５）ターゲットを設置し、高真空にした後、酸素を導入して圧力を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定した。基板温度を３５０〜５５０℃に設定して、ＡｒＦエキシマレーザーから波長１９３ｎｍのレーザービームをターゲットに照射し、基板上にＺｎ0.5Ｃｏ0.5Ｆｅ2Ｏ4スピネル型フェライト薄膜を成膜した。
【００３３】
図５にＺｎ0.5Ｃｏ0.5Ｆｅ2Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す。この図に示されるように、２８０Ｋのグラス転移温度が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、低酸素分圧下でスピネル型フェライト薄膜を成膜することにより、鉄の価数の制御や格子歪みの導入が可能となり、スピン交換相互作用を効果的に増加でき、室温付近でスピングラス状態を実現できる物質の選択の幅を広くすることができる。また、高いグラス転移温度を有するスピネル型フェライト薄膜を得ることもでき、たとえばＭｇ1.35Ｆｅ1.3Ｔｉ0.35Ｏ4薄膜においては３７０Ｋまでグラス状態を維持させることができた。また、本発明のスピネル型フェライト薄膜においては室温でのスピングラス状態の光制御も実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸素分圧１×１０-5Ｔｏｒｒまたは１×１０-4Ｔｏｒｒでサファイア単結晶基板上に成膜されたＭｇ1.5ＦｅＴｉ0.5Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す図。
【図２】サファイア単結晶基板上に成膜されたＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4薄膜またはＭｇ1.35Ｆｅ1.3Ｔｉ0.35Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す図。
【図３】サファイア単結晶基板およびチタン酸ストロンチウム基板上に成膜されたＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す図。
【図４】サファイア単結晶基板上に成膜されたＭｇ1.5ＦｅＴｉ0.5Ｏ4薄膜およびチタン酸ストロンチウム単結晶基板上に成膜されたＭｇ1.4Ｆｅ1.2Ｔｉ0.4Ｏ4薄膜光照射前後の磁化率の温度依存性を示す図。
【図５】サファイア単結晶基板上に成膜されたＺｎ0.5Ｃｏ0.5Ｆｅ2Ｏ4薄膜の磁化率の温度依存性を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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