JPH10282122A - 交換相互作用力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評価方法 - Google Patents
交換相互作用力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評価方法Info
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- JPH10282122A JPH10282122A JP9085148A JP8514897A JPH10282122A JP H10282122 A JPH10282122 A JP H10282122A JP 9085148 A JP9085148 A JP 9085148A JP 8514897 A JP8514897 A JP 8514897A JP H10282122 A JPH10282122 A JP H10282122A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気記録媒体および物質表面の磁気特性を、
探針が近接することによる影響を受けることなく原子分
解能で正確に評価できる方法を提供する。 【解決手段】 試料21と、振動するカンチレバー23に取
り付けた探針24との間に働く交換相互作用力を測定する
ために、試料と探針とを、これらの伝導電子の波動関数
が重なり始まるところから局在電子の波動関数が殆ど重
ならないところまでの近接領域で対向させ、試料と探針
の磁化方向が平行な場合と反平行な場合とで探針に働く
力を、カンチレバー23の振動の乱れとしてレーザ光源2
8、反射部材27、位置検出器29により測定し、これら２
つの力の差として交換相互作用力を求め、この交換相互
作用力に基づいて試料の磁気特性を原子分解能で評価す
る。
探針が近接することによる影響を受けることなく原子分
解能で正確に評価できる方法を提供する。 【解決手段】 試料21と、振動するカンチレバー23に取
り付けた探針24との間に働く交換相互作用力を測定する
ために、試料と探針とを、これらの伝導電子の波動関数
が重なり始まるところから局在電子の波動関数が殆ど重
ならないところまでの近接領域で対向させ、試料と探針
の磁化方向が平行な場合と反平行な場合とで探針に働く
力を、カンチレバー23の振動の乱れとしてレーザ光源2
8、反射部材27、位置検出器29により測定し、これら２
つの力の差として交換相互作用力を求め、この交換相互
作用力に基づいて試料の磁気特性を原子分解能で評価す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面とこれと
近接して対向配置される探針との間に作用する交換相互
作用力を測定する方法およびこの交換相互作用力に基づ
いて試料表面の磁気特性を評価する方法に関するもので
ある。
近接して対向配置される探針との間に作用する交換相互
作用力を測定する方法およびこの交換相互作用力に基づ
いて試料表面の磁気特性を評価する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子ビームによる固体試料の分析
法の多くは、強度（電子数）および運動量（エネルギ
ー）をその測定量としているが、電子状態を把握する他
の量として電子のスピンがある。固定表面のミクロな磁
気特性、例えば図１に示すように原子１個１個の磁気モ
ーメントがどの方向を向いているのかを原子分解能で評
価することを目的として幾つかの方法が提案されてい
る。
法の多くは、強度（電子数）および運動量（エネルギ
ー）をその測定量としているが、電子状態を把握する他
の量として電子のスピンがある。固定表面のミクロな磁
気特性、例えば図１に示すように原子１個１個の磁気モ
ーメントがどの方向を向いているのかを原子分解能で評
価することを目的として幾つかの方法が提案されてい
る。
【０００３】最近のエレクトロニクスの進歩に伴って、
磁気記録媒体への記録密度は年々高くなってきている。
図２は磁気記録媒体の変遷に伴う記録密度の変化と、表
面磁化状態の評価方法とを示すものである。すなわち、
横軸は西暦年度を示し、左の縦軸は線記録密度（サイク
ル／ｃｍ）を示し、右側の縦軸は、表面磁化状態の評価
方法の分解能（μm ，ｎｍ）を示すものである。このよ
うに磁気記録密度は1900年の1mm から、オーディオテー
プ、βテープ、VHS テープにおいて高密度化が進み、さ
らに蒸着テープでは１ビットの長さが0.3 〜0.4 μm と
なった。最近のデータでは、ハードディスクで0.16〜0.
19μm 、電子線ホログラフィによりCo-Cr 媒体上の0.08
5 μm の記録ビットが観察されている。これに対して、
表面磁化状態の評価方法の分解能は、図２の黒丸に示す
ように、ビッター法は1 μm から0.7 μm に、カー効果
を利用する方法では1 μm から0.5 μm に、スピン偏極
走査電子顕微鏡(SP-SEM)は100 〜200 μm から20nmに、
磁気力顕微鏡(MFM) では100nm から10nmに、それぞれ分
解能が向上している。さらに、電子線ホログラフィでは
分解能は10nmに、ローレンツ電子顕微鏡は現在10nmであ
るが、将来0.7nm まで分解能は改善されることが予想さ
れている。
磁気記録媒体への記録密度は年々高くなってきている。
図２は磁気記録媒体の変遷に伴う記録密度の変化と、表
面磁化状態の評価方法とを示すものである。すなわち、
横軸は西暦年度を示し、左の縦軸は線記録密度（サイク
ル／ｃｍ）を示し、右側の縦軸は、表面磁化状態の評価
方法の分解能（μm ，ｎｍ）を示すものである。このよ
うに磁気記録密度は1900年の1mm から、オーディオテー
プ、βテープ、VHS テープにおいて高密度化が進み、さ
らに蒸着テープでは１ビットの長さが0.3 〜0.4 μm と
なった。最近のデータでは、ハードディスクで0.16〜0.
19μm 、電子線ホログラフィによりCo-Cr 媒体上の0.08
5 μm の記録ビットが観察されている。これに対して、
表面磁化状態の評価方法の分解能は、図２の黒丸に示す
ように、ビッター法は1 μm から0.7 μm に、カー効果
を利用する方法では1 μm から0.5 μm に、スピン偏極
走査電子顕微鏡(SP-SEM)は100 〜200 μm から20nmに、
磁気力顕微鏡(MFM) では100nm から10nmに、それぞれ分
解能が向上している。さらに、電子線ホログラフィでは
分解能は10nmに、ローレンツ電子顕微鏡は現在10nmであ
るが、将来0.7nm まで分解能は改善されることが予想さ
れている。
【０００４】しかしながら、最近の技術の進歩により、
固体表面の磁気特性を原子分解能で評価できる方法の開
発が望まれるようになり、このような要望に応えるもの
として、スピン偏極走査トンネル顕微鏡（Spin Polariz
ed Scanning Tunneling Microscopy: SP-STM) を本発明
者等は提案している。このSP-STMの原理を実証するため
の実験系を図３に示す。本発明者等が提案しているSP-S
TMにおいては、試料を磁性体とし、探針をガリウム砒素
とするが、この実験系においては、試料をガリウム砒素
とし、探針を磁性体のニッケルとしている。しかし、こ
のように試料と探針との材料の関係を逆転させても、SP
-STMの原理を実証する上では何ら問題はない。半導体レ
ーザ１から放射されるレーザビームをレンズ２を介して
ポッケルセル３に入射させる。このポッケルセル3 には
発振回路４から高電圧増幅器５を介して電圧を印加し
て、励起円偏光を左右に回転させることによって励起電
子の電子スピン偏極を変化させるようにしている。この
レーザビームを反射ミラー６〜８、1/4 波長板９および
レンズ10を経て励起光として試料11へ入射させる。直流
電源13によってバイアス電圧が印加されたNi単結晶ワイ
ヤーよりなる探針（プローブ）12の先端を、圧電素子14
の制御により試料10の表面に接近させ、試料からのトン
ネル電流が探針に流れるようにし、このトンネル電流を
制御ユニット15によって検出し、この制御ユニットの出
力信号を発振回路４からの出力信号と一緒にモニタ16へ
供給している。このようにして、試料11の表面のスピン
偏極に依存したトンネル電流を検出することができる。
固体表面の磁気特性を原子分解能で評価できる方法の開
発が望まれるようになり、このような要望に応えるもの
として、スピン偏極走査トンネル顕微鏡（Spin Polariz
ed Scanning Tunneling Microscopy: SP-STM) を本発明
者等は提案している。このSP-STMの原理を実証するため
の実験系を図３に示す。本発明者等が提案しているSP-S
TMにおいては、試料を磁性体とし、探針をガリウム砒素
とするが、この実験系においては、試料をガリウム砒素
とし、探針を磁性体のニッケルとしている。しかし、こ
のように試料と探針との材料の関係を逆転させても、SP
-STMの原理を実証する上では何ら問題はない。半導体レ
ーザ１から放射されるレーザビームをレンズ２を介して
ポッケルセル３に入射させる。このポッケルセル3 には
発振回路４から高電圧増幅器５を介して電圧を印加し
て、励起円偏光を左右に回転させることによって励起電
子の電子スピン偏極を変化させるようにしている。この
レーザビームを反射ミラー６〜８、1/4 波長板９および
レンズ10を経て励起光として試料11へ入射させる。直流
電源13によってバイアス電圧が印加されたNi単結晶ワイ
ヤーよりなる探針（プローブ）12の先端を、圧電素子14
の制御により試料10の表面に接近させ、試料からのトン
ネル電流が探針に流れるようにし、このトンネル電流を
制御ユニット15によって検出し、この制御ユニットの出
力信号を発振回路４からの出力信号と一緒にモニタ16へ
供給している。このようにして、試料11の表面のスピン
偏極に依存したトンネル電流を検出することができる。
【０００５】上述したSP-STMにおいては、光励起により
生じるトンネル電流を検出するものであるので、絶縁性
の磁性物質には適用できない。そこで、本発明者等は、
絶縁性の磁性物質に対しても適用できるものとしてスピ
ン─軌道相互作用力あるいは交換相互作用力を検出でき
る原子間力顕微鏡の可能性を提案している。このような
交換相互作用力を測定するものとして従来から原子間力
顕微鏡が知られている。この原子間力顕微鏡では、試料
表面に探針の先端を接近もしくは接触させ、この際に探
針に働く力を測定するものである。このような原理に基
づいて試料表面と探針との間の交換相互作用力を測定す
ることによって試料表面の磁気特性を評価することにつ
いて発明者等は検討してきた。
生じるトンネル電流を検出するものであるので、絶縁性
の磁性物質には適用できない。そこで、本発明者等は、
絶縁性の磁性物質に対しても適用できるものとしてスピ
ン─軌道相互作用力あるいは交換相互作用力を検出でき
る原子間力顕微鏡の可能性を提案している。このような
交換相互作用力を測定するものとして従来から原子間力
顕微鏡が知られている。この原子間力顕微鏡では、試料
表面に探針の先端を接近もしくは接触させ、この際に探
針に働く力を測定するものである。このような原理に基
づいて試料表面と探針との間の交換相互作用力を測定す
ることによって試料表面の磁気特性を評価することにつ
いて発明者等は検討してきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の原子間力顕微鏡
においては、試料表面と探針とを比較的離した非接触領
域で測定するか、試料表面と探針とを接触させた接触領
域で測定を行っている。非接触領域での測定では、ファ
ンデルワールズ力や磁気双極子間の磁気力などを測定し
ているが、これらは長距離力であるので、原子分解能を
持つことは不可能である。また、接触領域での測定で
は、原子分解能の表面構造の評価が可能となるが、探針
を試料表面と接触させるので、試料表面の磁気特性が影
響を受け、試料と探針との間に作用する交換相互作用力
を正確に測定することができず、したがって試料表面が
本来的に持っている磁気特性を正確に評価することはで
きない。
においては、試料表面と探針とを比較的離した非接触領
域で測定するか、試料表面と探針とを接触させた接触領
域で測定を行っている。非接触領域での測定では、ファ
ンデルワールズ力や磁気双極子間の磁気力などを測定し
ているが、これらは長距離力であるので、原子分解能を
持つことは不可能である。また、接触領域での測定で
は、原子分解能の表面構造の評価が可能となるが、探針
を試料表面と接触させるので、試料表面の磁気特性が影
響を受け、試料と探針との間に作用する交換相互作用力
を正確に測定することができず、したがって試料表面が
本来的に持っている磁気特性を正確に評価することはで
きない。
【０００７】本発明の目的は、上述した従来の種々の欠
点を解消し、導電性試料は勿論電気絶縁性の試料表面と
探針との間に働く交換相互作用力を正確に原子分解能で
測定できる方法を提供しようとするものである。さら
に、本発明の他の目的は、試料表面の磁気特性を、その
磁気特性に影響を与えることなく、しかも原子分解能で
評価することができる方法を提供しようとするものであ
る。
点を解消し、導電性試料は勿論電気絶縁性の試料表面と
探針との間に働く交換相互作用力を正確に原子分解能で
測定できる方法を提供しようとするものである。さら
に、本発明の他の目的は、試料表面の磁気特性を、その
磁気特性に影響を与えることなく、しかも原子分解能で
評価することができる方法を提供しようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による交換相互作
用力の測定方法は、それぞれに局在したスピンが存在
し、少なくとも一方に伝導電子が存在する２つの物質
を、相互の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重な
り始めるところから局在電子雲（波動関数）が殆ど重な
らないところまでの近接領域で対向させてこれら物質間
に働く交換相互作用力を測定することを特徴とするもの
である。さらに、本発明による交換相互作用力の測定方
法は、それぞれに局在スピンが存在し、少なくとも一方
に伝導電子が存在する２つの物質を、相互の離間距離
が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始めるところから
局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところまでの
近接領域で対向させ、この近接領域内において、２つの
物質の間に作用する力を、２つの物質の磁気モーメント
が互いに平行となる状態および互いに反平行となる状態
においてそれぞれ測定し、これら２つの状態で測定され
る２つの物質間に作用する力の差から２つの物質の間に
働く交換相互作用力を求めることを特徴とするものであ
る。
用力の測定方法は、それぞれに局在したスピンが存在
し、少なくとも一方に伝導電子が存在する２つの物質
を、相互の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重な
り始めるところから局在電子雲（波動関数）が殆ど重な
らないところまでの近接領域で対向させてこれら物質間
に働く交換相互作用力を測定することを特徴とするもの
である。さらに、本発明による交換相互作用力の測定方
法は、それぞれに局在スピンが存在し、少なくとも一方
に伝導電子が存在する２つの物質を、相互の離間距離
が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始めるところから
局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところまでの
近接領域で対向させ、この近接領域内において、２つの
物質の間に作用する力を、２つの物質の磁気モーメント
が互いに平行となる状態および互いに反平行となる状態
においてそれぞれ測定し、これら２つの状態で測定され
る２つの物質間に作用する力の差から２つの物質の間に
働く交換相互作用力を求めることを特徴とするものであ
る。
【０００９】さらに本発明による交換相互作用力の測定
方法は、試料表面および探針を、相互の離間距離が、伝
導電子雲（波動関数）が重なり始めるところから、局在
電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところまでの近接
領域で対向させ、この近接領域内において、探針に作用
する力を、試料の磁気モーメントと探針の磁気モーメン
トが平行となる状態および反平行となる状態においてそ
れぞれ測定し、このようにして得られる２つの力の差を
これら試料表面と探針との間に作用する交換相互作用力
として求めることを特徴とするものである。
方法は、試料表面および探針を、相互の離間距離が、伝
導電子雲（波動関数）が重なり始めるところから、局在
電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところまでの近接
領域で対向させ、この近接領域内において、探針に作用
する力を、試料の磁気モーメントと探針の磁気モーメン
トが平行となる状態および反平行となる状態においてそ
れぞれ測定し、このようにして得られる２つの力の差を
これら試料表面と探針との間に作用する交換相互作用力
として求めることを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明による交換相互作用力による
磁気特性の評価方法は、それぞれに局在スピンが存在
し、少なくとも一方に伝導電子が存在する状態があり、
一方の物質の磁気特性が既知である２つの物質を、相互
の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始める
ところから局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないと
ころまでの近接領域で対向させ、この近接領域内におい
て、２つの物質の間に作用する力を、２つの物質の磁気
モーメントが互いに平行となる状態および互いに反平行
となる状態においてそれぞれ測定し、これら２つの状態
で測定される２つの物質間に作用する力の差から２つの
物質の間に働く交換相互作用力を求め、このようにして
求めた交換相互作用力に基づいて、他方の物質の磁気特
性を評価することを特徴とするものである。
磁気特性の評価方法は、それぞれに局在スピンが存在
し、少なくとも一方に伝導電子が存在する状態があり、
一方の物質の磁気特性が既知である２つの物質を、相互
の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始める
ところから局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないと
ころまでの近接領域で対向させ、この近接領域内におい
て、２つの物質の間に作用する力を、２つの物質の磁気
モーメントが互いに平行となる状態および互いに反平行
となる状態においてそれぞれ測定し、これら２つの状態
で測定される２つの物質間に作用する力の差から２つの
物質の間に働く交換相互作用力を求め、このようにして
求めた交換相互作用力に基づいて、他方の物質の磁気特
性を評価することを特徴とするものである。
【００１１】さらに、本発明による交換相互作用力によ
る磁気特性の評価方法は、試料表面および探針を、相互
の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始める
ところから、局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならない
ところまでの近接領域で対向させ、この近接領域内にお
いて、探針に作用する力を、試料の磁気モーメントと探
針の磁気モーメントが平行となる状態および反平行とな
る状態においてそれぞれ測定し、このようにして得られ
る２つの力の差をこれら試料表面と探針との間に作用す
る交換相互作用力として求め、このようにして求めた交
換相互作用力に基づいて試料表面の磁気特性を評価する
ことを特徴とするものである。
る磁気特性の評価方法は、試料表面および探針を、相互
の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始める
ところから、局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならない
ところまでの近接領域で対向させ、この近接領域内にお
いて、探針に作用する力を、試料の磁気モーメントと探
針の磁気モーメントが平行となる状態および反平行とな
る状態においてそれぞれ測定し、このようにして得られ
る２つの力の差をこれら試料表面と探針との間に作用す
る交換相互作用力として求め、このようにして求めた交
換相互作用力に基づいて試料表面の磁気特性を評価する
ことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を詳細
に説明する。先ず、図４に示すように3d遷移金属である
鉄より成る２枚の薄膜表面を接近させた単純な系を考え
る。すなわち、これら２枚の薄膜の一方が試料となり、
他方が探針となるものである。実際の測定においては、
試料は薄膜と考えて良いが、探針は先端を尖らせるの
で、薄膜とは相違するが、ミクロ的に見ると薄膜と考え
ても良い。それぞれの薄膜は図５に示すように３原子層
からなるものと仮定し、互いに(001) 面が向き合ったも
のとする。ここで、２つの薄膜間の距離をｄとし、薄膜
の格子定数をａ(2.83 Å) とすると、座標の原点位置を
x1に取ったとき、一方の薄膜における原子位置は第１層
をx1(0, 0, d/2) 、第２層をx2(a/2, a/2,d/2+a/2) 、
第３層をx3(0, 0, d/2+a) で表し、他方の薄膜における
原子位置は、第１層をx1'(a/2, a/2, -d/2) 、第２層を
x2'(0, 0, -d/2-a/2) 、第３層をx3'(a/2, a/2, -d/2-
a) で表す。また、格子は表面緩和を考慮しないリジッ
ドなものと仮定する。
に説明する。先ず、図４に示すように3d遷移金属である
鉄より成る２枚の薄膜表面を接近させた単純な系を考え
る。すなわち、これら２枚の薄膜の一方が試料となり、
他方が探針となるものである。実際の測定においては、
試料は薄膜と考えて良いが、探針は先端を尖らせるの
で、薄膜とは相違するが、ミクロ的に見ると薄膜と考え
ても良い。それぞれの薄膜は図５に示すように３原子層
からなるものと仮定し、互いに(001) 面が向き合ったも
のとする。ここで、２つの薄膜間の距離をｄとし、薄膜
の格子定数をａ(2.83 Å) とすると、座標の原点位置を
x1に取ったとき、一方の薄膜における原子位置は第１層
をx1(0, 0, d/2) 、第２層をx2(a/2, a/2,d/2+a/2) 、
第３層をx3(0, 0, d/2+a) で表し、他方の薄膜における
原子位置は、第１層をx1'(a/2, a/2, -d/2) 、第２層を
x2'(0, 0, -d/2-a/2) 、第３層をx3'(a/2, a/2, -d/2-
a) で表す。また、格子は表面緩和を考慮しないリジッ
ドなものと仮定する。
【００１３】薄膜間に作用する交換相互作用力は、両薄
膜の磁気モーメント、すなわち磁化方向が平行および反
平行に配列したときの力の差として求まるので、これら
両者の場合に両薄膜間に作用する力の薄膜間距離依存性
を調べた。これは、局所密度汎関数を用いる第１原理計
算から求めるが、計算にはLAPW(Linear Augmented Plan
e Wave) 法を採用し、厳密に正確な計算結果が得られる
ようにできるだけ近似を排除した。発明者等は、簡単な
モデルについて、磁化方向が平行な場合に個々の原子に
作用する力を近似計算した結果を既に発表しているが、
実際の交換相互作用力を測定するには、上述したように
磁化方向が平行な場合と反平行の場合の力を測定し、そ
れらの差を求める必要があるとともに、実際の測定では
個々の原子に作用する力を測定することはできず、薄膜
全体に作用する力を測定するものであるから、磁化方向
が平行の場合に個々の原子に作用する力が解析できたと
しても、本発明の目的を達成することはできない。
膜の磁気モーメント、すなわち磁化方向が平行および反
平行に配列したときの力の差として求まるので、これら
両者の場合に両薄膜間に作用する力の薄膜間距離依存性
を調べた。これは、局所密度汎関数を用いる第１原理計
算から求めるが、計算にはLAPW(Linear Augmented Plan
e Wave) 法を採用し、厳密に正確な計算結果が得られる
ようにできるだけ近似を排除した。発明者等は、簡単な
モデルについて、磁化方向が平行な場合に個々の原子に
作用する力を近似計算した結果を既に発表しているが、
実際の交換相互作用力を測定するには、上述したように
磁化方向が平行な場合と反平行の場合の力を測定し、そ
れらの差を求める必要があるとともに、実際の測定では
個々の原子に作用する力を測定することはできず、薄膜
全体に作用する力を測定するものであるから、磁化方向
が平行の場合に個々の原子に作用する力が解析できたと
しても、本発明の目的を達成することはできない。
【００１４】本発明においては、上述したように両薄膜
の磁化方向が平行な場合と反平行な場合について、それ
ぞれ薄膜に作用する力を正確に計算したところ、図６の
曲線ＦP , ＦAPに示すような結果が得られた。図６にお
いて、横軸は薄膜間の距離ｄを格子定数ａで除した値を
とり、縦軸に力Ｆ（10-9N)を取って示した。曲線ＦPお
よびＦAPはそれぞれ両薄膜が平行な方向に磁化されてい
る場合および反平行な方向に磁化されている場合を示
す。
の磁化方向が平行な場合と反平行な場合について、それ
ぞれ薄膜に作用する力を正確に計算したところ、図６の
曲線ＦP , ＦAPに示すような結果が得られた。図６にお
いて、横軸は薄膜間の距離ｄを格子定数ａで除した値を
とり、縦軸に力Ｆ（10-9N)を取って示した。曲線ＦPお
よびＦAPはそれぞれ両薄膜が平行な方向に磁化されてい
る場合および反平行な方向に磁化されている場合を示
す。
【００１５】薄膜間に作用するこれらの力には交換相互
作用力以外の力も含まれているので、交換相互作用力を
求めるにはこれら２つの力の差を求める必要がある。こ
のような差として求めた交換相互作用力を曲線Ｆexで示
す。この曲線Ｆexから明らかなように、交換相互作用力
の大きさは薄膜間距離に大きく依存しており、d/a ＜1.
7 の領域で交換相互作用力が現れており、特にd/a ＜1.
0 の領域では大きな交換相互作用力が現れている。1 ＜
d/a ＜1.7 の領域でも交換相互作用力が現れているが、
d/a ＞２の領域では交換相互作用力は現れていないこと
がわかる。
作用力以外の力も含まれているので、交換相互作用力を
求めるにはこれら２つの力の差を求める必要がある。こ
のような差として求めた交換相互作用力を曲線Ｆexで示
す。この曲線Ｆexから明らかなように、交換相互作用力
の大きさは薄膜間距離に大きく依存しており、d/a ＜1.
7 の領域で交換相互作用力が現れており、特にd/a ＜1.
0 の領域では大きな交換相互作用力が現れている。1 ＜
d/a ＜1.7 の領域でも交換相互作用力が現れているが、
d/a ＞２の領域では交換相互作用力は現れていないこと
がわかる。
【００１６】両薄膜の磁化方向が平行な場合および反平
行な場合の薄膜の磁気モーメントの薄膜間距離依存性を
調べたところ、図７に示すような結果が得られた。図７
は、横軸に２枚の薄膜間の距離ｄを格子定数ａで正規化
した値を取り、縦軸に磁気モーメントｍ（μB ）を取っ
たものであり、曲線Ｘ1P, Ｘ1AP , Ｘ2,Ｘ3 は、それぞ
れ層x1、x2およびx3の原子の磁気モーメントの変化を示
すものであり、２本の曲線Ｘ1PおよびＸ1AP は、それぞ
れ磁化方向は平行の場合と、反平行の場合に層x1の原子
の磁気モーメントの変化を示すものである。層x2の原子
の磁気モーメントはバルクの磁気モーメントとほぼ同じ
であるが、薄膜間距離が大きい場合には、層x1およびx3
の原子の磁気モーメントはバルクの値よりも大きくなっ
ている。ここで、薄膜間距離 d/aが1.0 以下となると、
表面第１層x1の原子の磁気モーメントは著しく減少して
いる。すなわち、この表面第１層x1の原子には直接交換
相互作用が働いていることがわかる。このような薄膜間
距離 d/aが1.0 以下となる領域ではスピンとスピンとが
直接相互作用しており、この領域は直接交換相互作用領
域と呼ぶべきものであり、図６について上述したよう
に、薄膜間距離 d/aが1.0 以下の領域では大きな交換相
互作用力が得られるが、この直接交換相互作用領域にお
いては、磁気モーメントの変化が大きいので、探針によ
って試料表面の磁気構造が変化してしまうことになり、
試料表面の磁気特性を正確に評価することはできない。
行な場合の薄膜の磁気モーメントの薄膜間距離依存性を
調べたところ、図７に示すような結果が得られた。図７
は、横軸に２枚の薄膜間の距離ｄを格子定数ａで正規化
した値を取り、縦軸に磁気モーメントｍ（μB ）を取っ
たものであり、曲線Ｘ1P, Ｘ1AP , Ｘ2,Ｘ3 は、それぞ
れ層x1、x2およびx3の原子の磁気モーメントの変化を示
すものであり、２本の曲線Ｘ1PおよびＸ1AP は、それぞ
れ磁化方向は平行の場合と、反平行の場合に層x1の原子
の磁気モーメントの変化を示すものである。層x2の原子
の磁気モーメントはバルクの磁気モーメントとほぼ同じ
であるが、薄膜間距離が大きい場合には、層x1およびx3
の原子の磁気モーメントはバルクの値よりも大きくなっ
ている。ここで、薄膜間距離 d/aが1.0 以下となると、
表面第１層x1の原子の磁気モーメントは著しく減少して
いる。すなわち、この表面第１層x1の原子には直接交換
相互作用が働いていることがわかる。このような薄膜間
距離 d/aが1.0 以下となる領域ではスピンとスピンとが
直接相互作用しており、この領域は直接交換相互作用領
域と呼ぶべきものであり、図６について上述したよう
に、薄膜間距離 d/aが1.0 以下の領域では大きな交換相
互作用力が得られるが、この直接交換相互作用領域にお
いては、磁気モーメントの変化が大きいので、探針によ
って試料表面の磁気構造が変化してしまうことになり、
試料表面の磁気特性を正確に評価することはできない。
【００１７】そこで、本発明においては図７の薄膜間距
離が、1.0 ＜d/a ＜1.7 の領域で交換相互作用力を測定
するものである。上述したd/a ＜1.0 の直接交換相互作
用領域および1.0 ＜d/a ＜1.7 の領域でのモデルを考察
すると、前者では図８Ａに示すように、例えば3d軌道の
局在電子雲（波動関数）が相互に重なっている領域であ
り、後者は図８Ｂに示すように、3d軌道の局在原子雲
（波動関数）は離間しているが、4sおよび3p軌道の伝導
電子雲（波動関数）が重なっている状態であると考えら
れる。したがって、本発明においては、両薄膜間の離間
距離を、4sおよび3p軌道の伝導電子雲（波動関数）が重
なり始めるところから3d軌道の局在電子雲（波動関数）
が殆ど重ならないところまでの領域において、交換相互
作用力を測定するものである。本明細書ではこのような
領域を、RKKY的交換相互作用領域と称することにする。
また、このような本発明による交換相互作用力の測定方
法の対象となる物質としては、上述した3d遷移金属の他
に、磁性を示す分子、4f希土類金属およびその化合物、
磁性半導体などがあるが、特許請求の範囲に記載したよ
うにそれぞれに局在したスピンが存在し、少なくとも一
方に伝導電子が存在する２つの物質であれば、それらの
間に働く交換相互作用力を本発明の方法によって測定す
ることができる。
離が、1.0 ＜d/a ＜1.7 の領域で交換相互作用力を測定
するものである。上述したd/a ＜1.0 の直接交換相互作
用領域および1.0 ＜d/a ＜1.7 の領域でのモデルを考察
すると、前者では図８Ａに示すように、例えば3d軌道の
局在電子雲（波動関数）が相互に重なっている領域であ
り、後者は図８Ｂに示すように、3d軌道の局在原子雲
（波動関数）は離間しているが、4sおよび3p軌道の伝導
電子雲（波動関数）が重なっている状態であると考えら
れる。したがって、本発明においては、両薄膜間の離間
距離を、4sおよび3p軌道の伝導電子雲（波動関数）が重
なり始めるところから3d軌道の局在電子雲（波動関数）
が殆ど重ならないところまでの領域において、交換相互
作用力を測定するものである。本明細書ではこのような
領域を、RKKY的交換相互作用領域と称することにする。
また、このような本発明による交換相互作用力の測定方
法の対象となる物質としては、上述した3d遷移金属の他
に、磁性を示す分子、4f希土類金属およびその化合物、
磁性半導体などがあるが、特許請求の範囲に記載したよ
うにそれぞれに局在したスピンが存在し、少なくとも一
方に伝導電子が存在する２つの物質であれば、それらの
間に働く交換相互作用力を本発明の方法によって測定す
ることができる。
【００１８】図６について述べたように、上述したRKKY
的交換相互作用領域、すなわち、1.0 ＜d/a ＜1.7 の領
域で検出される交換相互作用力Ｆexは、直接交換相互作
用領域における値よりも小さいが、このRKKY的領域での
交互相互作用力は10-10 Ｎのオーダーであり、既存の原
子間力顕微鏡では測定限界が10-12 〜10-13 Ｎ程度であ
るので、十分測定可能な大きさである。しかも、このRK
KY的交換相互作用力は、薄膜間の距離の変化に伴って正
弦波状に変化するので、この特性を利用して交換相互作
用力を正確に測定することができる可能性もある。
的交換相互作用領域、すなわち、1.0 ＜d/a ＜1.7 の領
域で検出される交換相互作用力Ｆexは、直接交換相互作
用領域における値よりも小さいが、このRKKY的領域での
交互相互作用力は10-10 Ｎのオーダーであり、既存の原
子間力顕微鏡では測定限界が10-12 〜10-13 Ｎ程度であ
るので、十分測定可能な大きさである。しかも、このRK
KY的交換相互作用力は、薄膜間の距離の変化に伴って正
弦波状に変化するので、この特性を利用して交換相互作
用力を正確に測定することができる可能性もある。
【００１９】次に、上述した本発明の方法を実施する装
置について説明する。図９は本発明の方法によって交換
相互作用力を測定する装置の一例を示すものである。磁
気特性を評価すべき試料21を３次元的に駆動する試料テ
ーブル22上に載置し、この試料テーブルの情報には、両
持ち型式のカンチレバー23を設け、このカンチレバーの
中央の下面には探針24を設ける。カンチレバー23は、例
えばシリコン、窒化シリコン、ステンレス、リン青銅な
どの弾性材料の細条から形成されている。また、探針24
はできるだけ先端が尖った形状を有するのが好適である
が、本発明の方法によれば、試料と探針との組成の組み
合わせに特別な制限はないので、磁性試料の特質からく
る条件を除けば、探針24の材質は専ら加工のし易さによ
って選択すれば良い。
置について説明する。図９は本発明の方法によって交換
相互作用力を測定する装置の一例を示すものである。磁
気特性を評価すべき試料21を３次元的に駆動する試料テ
ーブル22上に載置し、この試料テーブルの情報には、両
持ち型式のカンチレバー23を設け、このカンチレバーの
中央の下面には探針24を設ける。カンチレバー23は、例
えばシリコン、窒化シリコン、ステンレス、リン青銅な
どの弾性材料の細条から形成されている。また、探針24
はできるだけ先端が尖った形状を有するのが好適である
が、本発明の方法によれば、試料と探針との組成の組み
合わせに特別な制限はないので、磁性試料の特質からく
る条件を除けば、探針24の材質は専ら加工のし易さによ
って選択すれば良い。
【００２０】カンチレバー23の両端の取付基部は、ピエ
ゾ電気材料より成る振動子25a, 25bを介して固定部材に
取り付ける。これらの振動子25a, 25bは発振器26に接続
し、数百KHz の周波数でカンチレバー23を振動させる。
また、カンチレバー23の上面には反射部材27を取り付
け、レーザ光源28から放射されるレーザビームを反射部
材に斜めから照射し、その反射レーザビームを位置検出
器29で受光するように構成する。この位置検出器29は複
数の受光素子のアレイを有しており、レーザビームが入
射する位置を検出できるようになっている。これによっ
て、カンチレバー23の先端のＺ方向の位置、したがって
そこに取り付けられた探針24のＺ方向の位置を検出する
ことができるようになっている。
ゾ電気材料より成る振動子25a, 25bを介して固定部材に
取り付ける。これらの振動子25a, 25bは発振器26に接続
し、数百KHz の周波数でカンチレバー23を振動させる。
また、カンチレバー23の上面には反射部材27を取り付
け、レーザ光源28から放射されるレーザビームを反射部
材に斜めから照射し、その反射レーザビームを位置検出
器29で受光するように構成する。この位置検出器29は複
数の受光素子のアレイを有しており、レーザビームが入
射する位置を検出できるようになっている。これによっ
て、カンチレバー23の先端のＺ方向の位置、したがって
そこに取り付けられた探針24のＺ方向の位置を検出する
ことができるようになっている。
【００２１】試料ステージ22、カンチレバー23、レーザ
光源28および位置検出器29は真空容器30内部に配置され
ている。この真空容器30には真空ポンプ（図示せず）を
連結し、内部を超高真空に保つことができるように構成
する。このように試料21を超高真空に保つのは、試料表
面に塵埃が付着して交換相互作用力の正確な測定を阻害
するのを防止するためである。真空容器30の外部には、
上述した発振器26の他に、試料ステージ22の駆動回路31
と、位置検出器29に接続された力測定回路32と、この力
測定回路からの出力信号を処理して探針24に作用する交
換相互作用力を求める演算回路33とが設けられている。
光源28および位置検出器29は真空容器30内部に配置され
ている。この真空容器30には真空ポンプ（図示せず）を
連結し、内部を超高真空に保つことができるように構成
する。このように試料21を超高真空に保つのは、試料表
面に塵埃が付着して交換相互作用力の正確な測定を阻害
するのを防止するためである。真空容器30の外部には、
上述した発振器26の他に、試料ステージ22の駆動回路31
と、位置検出器29に接続された力測定回路32と、この力
測定回路からの出力信号を処理して探針24に作用する交
換相互作用力を求める演算回路33とが設けられている。
【００２２】上述したように、駆動回路31によって試料
ステージ22を駆動し、試料21の表面を探針24の先端に接
近させ、上述したRKKY的交換相互作用領域に設定する。
この状態で、発振器26によってピエゾ振動子25a, 25bを
駆動し、カンチレバー23、したがって探針24を所定の周
波数でＺ方向に振動させる。この振動によって位置検出
器29に入射するレーザビームの位置が変化することにな
る。このようにして探針24の位置を検出することができ
る。ここで、試料21と探針22との間に何ら力が作用しな
い場合には、カンチレバー23の振動は妨害されず、所定
の周波数および振幅で振動することになる。一方、試料
21と探針22との間に力が作用すると、カンチレバー23の
振動はその影響を受け、周波数および振幅が変化するこ
とになる。したがって、このカンチレバー23の振動状況
を位置検出器29で検出し、その出力を力測定回路32で処
理することにより探針24に作用する力を測定することが
できる。上述したように、本発明においては、試料21と
探針24との磁化方向が平行な場合と、反平行な場合との
双方で探針24に作用する力を検出し、これら２つの力の
差を演算回路33で求めることによって交換相互作用力を
測定することができる。さらに、このようにして測定し
た交換相互作用力を処理回路34に供給すると、この処理
回路ではこの交換相互作用力に基づいて試料21の磁気特
性を評価することができる。
ステージ22を駆動し、試料21の表面を探針24の先端に接
近させ、上述したRKKY的交換相互作用領域に設定する。
この状態で、発振器26によってピエゾ振動子25a, 25bを
駆動し、カンチレバー23、したがって探針24を所定の周
波数でＺ方向に振動させる。この振動によって位置検出
器29に入射するレーザビームの位置が変化することにな
る。このようにして探針24の位置を検出することができ
る。ここで、試料21と探針22との間に何ら力が作用しな
い場合には、カンチレバー23の振動は妨害されず、所定
の周波数および振幅で振動することになる。一方、試料
21と探針22との間に力が作用すると、カンチレバー23の
振動はその影響を受け、周波数および振幅が変化するこ
とになる。したがって、このカンチレバー23の振動状況
を位置検出器29で検出し、その出力を力測定回路32で処
理することにより探針24に作用する力を測定することが
できる。上述したように、本発明においては、試料21と
探針24との磁化方向が平行な場合と、反平行な場合との
双方で探針24に作用する力を検出し、これら２つの力の
差を演算回路33で求めることによって交換相互作用力を
測定することができる。さらに、このようにして測定し
た交換相互作用力を処理回路34に供給すると、この処理
回路ではこの交換相互作用力に基づいて試料21の磁気特
性を評価することができる。
【００２３】図10は本発明の方法において交換相互作用
力を測定する装置の他の例を示すものである。図９に示
した装置においては、試料と対向して配置した探針の変
位として交換相互作用力を測定するようにしたが、本例
では試料および探針を共に円筒形状とし、これら試料お
よび探針の双方の変位から交換相互作用力を測定するも
のである。不透明材料より成る外容器41の底面に光透過
窓42を形成し、ここから白色光を外容器内に導くように
する。外容器41の内部には、透明材料より成る内容器43
を配置し、この内容器の内部には純水などの透明溶液44
を収容する。この内容器43内の透明溶液44中に第１の支
持ロッド45を挿入し、その先端部にバネ材料より成るア
ーム46の一端を固着し、このアームの先端部に試料保持
部材47を取り付ける。第１の支持ロッド45はバネブロッ
ク48を介して不透明材料より成る蓋部材49の裏面に固着
し、第１支持ロッドの頂端に連結した微動調整部材50を
上下に変位させることによって、第１の支持ロッド45を
上下に移動させることができるように構成する。
力を測定する装置の他の例を示すものである。図９に示
した装置においては、試料と対向して配置した探針の変
位として交換相互作用力を測定するようにしたが、本例
では試料および探針を共に円筒形状とし、これら試料お
よび探針の双方の変位から交換相互作用力を測定するも
のである。不透明材料より成る外容器41の底面に光透過
窓42を形成し、ここから白色光を外容器内に導くように
する。外容器41の内部には、透明材料より成る内容器43
を配置し、この内容器の内部には純水などの透明溶液44
を収容する。この内容器43内の透明溶液44中に第１の支
持ロッド45を挿入し、その先端部にバネ材料より成るア
ーム46の一端を固着し、このアームの先端部に試料保持
部材47を取り付ける。第１の支持ロッド45はバネブロッ
ク48を介して不透明材料より成る蓋部材49の裏面に固着
し、第１支持ロッドの頂端に連結した微動調整部材50を
上下に変位させることによって、第１の支持ロッド45を
上下に移動させることができるように構成する。
【００２４】透明溶液44中にはさらにほぼＬ字状の第２
の支持ロッド51を挿入し、その先端部に、上述した試料
保持部材47と対向するように探針保持部材52を取り付け
る。第２の支持ロッド51は、一対の平行バネ53を介して
蓋部材49の裏面に取り付ける。不透明材料で形成された
蓋部材49の中央部には光透過窓54を形成する。この光透
過窓54を経て上方に出射する光を顕微鏡Ｍで観察できる
ように構成する。図10ではこの顕微鏡55は、その一部分
だけを示す。第１の支持ロッド45によって支持される試
料保持部材47の先端には試料55を取り付け、第２の支持
ロッド51に取り付けた探針保持部材52の先端には探針56
を取り付ける。これら試料55および探針56の形状は、部
分的に拡大して示すように、それぞれ円筒の一部を構成
するように形成されており、これら円筒の軸線は互いに
直交するように配置されている。したがって、これら試
料55および探針56は一一点で最接近することになる。
の支持ロッド51を挿入し、その先端部に、上述した試料
保持部材47と対向するように探針保持部材52を取り付け
る。第２の支持ロッド51は、一対の平行バネ53を介して
蓋部材49の裏面に取り付ける。不透明材料で形成された
蓋部材49の中央部には光透過窓54を形成する。この光透
過窓54を経て上方に出射する光を顕微鏡Ｍで観察できる
ように構成する。図10ではこの顕微鏡55は、その一部分
だけを示す。第１の支持ロッド45によって支持される試
料保持部材47の先端には試料55を取り付け、第２の支持
ロッド51に取り付けた探針保持部材52の先端には探針56
を取り付ける。これら試料55および探針56の形状は、部
分的に拡大して示すように、それぞれ円筒の一部を構成
するように形成されており、これら円筒の軸線は互いに
直交するように配置されている。したがって、これら試
料55および探針56は一一点で最接近することになる。
【００２５】第２の支持ロッド51の上端にはロッド57を
介してボルト58を取り付け、このボルトをナット59に螺
合し、このナットを圧電素子60を介して蓋部材49の上面
に固着し、この圧電素子を駆動回路61に接続する。した
がって、ボルト58を回転することによって第２の支持ロ
ッド51の高さを調整することができ、また駆動回路61に
よって圧電素子60を交流駆動することによって第２の支
持ロッド51、したがってその先端に取り付けた探針56を
上下方向に所定の周波数および振幅で振動させることが
できる。
介してボルト58を取り付け、このボルトをナット59に螺
合し、このナットを圧電素子60を介して蓋部材49の上面
に固着し、この圧電素子を駆動回路61に接続する。した
がって、ボルト58を回転することによって第２の支持ロ
ッド51の高さを調整することができ、また駆動回路61に
よって圧電素子60を交流駆動することによって第２の支
持ロッド51、したがってその先端に取り付けた探針56を
上下方向に所定の周波数および振幅で振動させることが
できる。
【００２６】先ず、微動調整部材50を操作して第１の支
持ロッド45を上下方向に変位させ、試料55を所定の位置
にセットする。次に、ボルト58を回転して第２の支持ロ
ッド51の高さを調整し、試料55と探針56との間隔が所定
のRKKY的交換相互作用領域の範囲内に入るようにセット
する。この状態で、駆動回路61を動作させ、圧電素子60
を振動させ、第２の支持ロッド51を介して探針56を微小
振動させる。この状態で下方から白色光を投射し、試料
55および探針56を透過する光を顕微鏡Ｍで観察する。上
述したように、試料55および探針56は互いに直交する方
向に配置された円筒の一部分を構成しており、これらの
間を透過する光は干渉作用を受け、ニュートンリングと
同様の干渉縞が生じ、この干渉縞を顕微鏡Ｍで観察する
ことができる。この干渉縞のパターンは探針56の周期的
な振動に応じて変化するが、試料55と探針56との間に力
が働くと、この干渉縞の周期的な変化が乱れることにな
り、この干渉縞の乱れを検出することにより、試料と探
針との間に作用する力を測定することができる。前例と
同様に、試料55と探針56との間に作用する力を、試料お
よび探針の磁化方向が平行な場合と、反平行な場合とで
測定し、これら力の差を取ることにより試料と探針との
間に働く交換相互作用力を測定することができる。
持ロッド45を上下方向に変位させ、試料55を所定の位置
にセットする。次に、ボルト58を回転して第２の支持ロ
ッド51の高さを調整し、試料55と探針56との間隔が所定
のRKKY的交換相互作用領域の範囲内に入るようにセット
する。この状態で、駆動回路61を動作させ、圧電素子60
を振動させ、第２の支持ロッド51を介して探針56を微小
振動させる。この状態で下方から白色光を投射し、試料
55および探針56を透過する光を顕微鏡Ｍで観察する。上
述したように、試料55および探針56は互いに直交する方
向に配置された円筒の一部分を構成しており、これらの
間を透過する光は干渉作用を受け、ニュートンリングと
同様の干渉縞が生じ、この干渉縞を顕微鏡Ｍで観察する
ことができる。この干渉縞のパターンは探針56の周期的
な振動に応じて変化するが、試料55と探針56との間に力
が働くと、この干渉縞の周期的な変化が乱れることにな
り、この干渉縞の乱れを検出することにより、試料と探
針との間に作用する力を測定することができる。前例と
同様に、試料55と探針56との間に作用する力を、試料お
よび探針の磁化方向が平行な場合と、反平行な場合とで
測定し、これら力の差を取ることにより試料と探針との
間に働く交換相互作用力を測定することができる。
【００２７】図９および図10に示した交換相互作用力の
測定装置は、単に例として示したものであり、本発明に
よれば他の形式の測定装置によって交換相互作用力を測
定することもできる。図９に示した実施例において、レ
ーザ光源および位置検出器を真空容器の外部に配置する
こともできる。また、図10に示した実施例においては、
試料と探針との位置を交換しても良い。
測定装置は、単に例として示したものであり、本発明に
よれば他の形式の測定装置によって交換相互作用力を測
定することもできる。図９に示した実施例において、レ
ーザ光源および位置検出器を真空容器の外部に配置する
こともできる。また、図10に示した実施例においては、
試料と探針との位置を交換しても良い。
【００２８】
【発明の効果】上述したように、本発明の交換相互作用
力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評
価方法によれば、試料および探針の組成によらず、しか
も探針によって試料の磁気特性が影響を受けることなく
試料と探針との間に働く交換相互作用力を原子分解能で
正確に測定することができ、これによって試料の磁気特
性をきわめて正確に評価することができる。
力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評
価方法によれば、試料および探針の組成によらず、しか
も探針によって試料の磁気特性が影響を受けることなく
試料と探針との間に働く交換相互作用力を原子分解能で
正確に測定することができ、これによって試料の磁気特
性をきわめて正確に評価することができる。
【図１】図１は、磁性体試料表面を模式的に示す線図で
ある。
ある。
【図２】図２は、磁気記録媒体、線記録密度、磁気特性
の評価方法およびその分解能の変遷を示す線図である。
の評価方法およびその分解能の変遷を示す線図である。
【図３】図３は、従来のスピン偏極走査トンネル顕微鏡
の構成を示す線図である。
の構成を示す線図である。
【図４】図４は、本発明による方法の基礎となる計算を
行なう際に用いた試料と探針とを模式的に示す線図であ
る。
行なう際に用いた試料と探針とを模式的に示す線図であ
る。
【図５】図５は、同じくその原子配列を模式的に示す線
図である。
図である。
【図６】図６は、試料と探針との間に作用する力の試料
−探針間の距離依存性を示すグラフである。
−探針間の距離依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、試料の磁気モーメントの試料−探針間
の距離依存性を示すグラフである。
の距離依存性を示すグラフである。
【図８】図８ＡおよびＢは、直接交換相互作用領域およ
びRKKY的交換相互作用領域における電子の状態を示す線
図である。
びRKKY的交換相互作用領域における電子の状態を示す線
図である。
【図９】図９は、本発明の方法によって交換相互作用力
を測定する装置の一例の構成を示す線図である。
を測定する装置の一例の構成を示す線図である。
【図１０】図１０は、同じく装置の他の例の構成を示す
線図である。
線図である。
21 試料 22 ステージ 23 カンチレバー 24 探針 25a, 25b 圧電素子 26 発振器 27 反射部材 28 レーザ光源 29 位置検出器 30 真空容器 31 駆動回路 32 力測定回路 33 演算回路 34 処理回路 41 外容器 42 光透過窓 43 内容器 44 透明溶液 45 第１支持ロッド 46 アーム 47 試料保持部材 48 バネブロック 49 蓋部材 50 微動調整部材 51 第２支持ロッド 52 探針保持部材 53 バネ 54 光透過窓 55 試料 56 探針 57 ロッド 58 ボルト 59 ナット 60 圧電素子 61 駆動回路 Ｍ 顕微鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 浩次 北海道札幌市西区八軒３条東２丁目２−10 (72)発明者 田附 雄一 茨城県日立市中沢町４−12−１ 茨城大学 内 (72)発明者 長谷川 秀夫 東京都小金井市貫井北町４−１−１ 東京 学芸大学内 (72)発明者 小口 多美夫 広島県東広島鏡山１−３−２ 広島大学内
Claims (8)
- 【請求項１】 それぞれに局在したスピンが存在し、少
なくとも一方に伝導電子が存在する２つの物質を、相互
の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始める
ところから局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないと
ころまでの近接領域で対向させてこれら物質間に働く交
換相互作用力を測定することを特徴とする交換相互作用
力の測定方法。 - 【請求項２】 それぞれに局在したスピンが存在し、少
なくとも一方に伝導電子が存在する２つの物質を、相互
の離間距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始める
ところから局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないと
ころまでの近接領域で対向させ、この近接領域内におい
て、２つの物質の間に作用する力を、２つの物質の磁気
モーメントが互いに平行となる状態および互いに反平行
となる状態においてそれぞれ測定し、これら２つの状態
で測定される２つの物質間に作用する力の差から２つの
物質の間に働く交換相互作用力を求めることを特徴とす
る交換相互作用力の測定方法。 - 【請求項３】 それぞれに局在したスピンが存在し、少
なくとも一方に伝導電子が存在する状態があり、一方の
物質の磁気特性が既知である２つの物質を、相互の離間
距離が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始めるところ
から局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところま
での近接領域で対向させ、この近接領域内において、２
つの物質の間に作用する力を、２つの物質の磁気モーメ
ントが互いに平行となる状態および互いに反平行となる
状態においてそれぞれ測定し、これら２つの状態で測定
される２つの物質間に作用する力の差から２つの物質の
間に働く交換相互作用力を求め、このようにして求めた
交換相互作用力に基づいて、他方の物質の磁気特性を評
価することを特徴とする交換相互作用力による磁気特性
の評価方法。 - 【請求項４】 前記２つの物質間の距離を、前記近接領
域の範囲内で変化させながら複数の測定点において交換
相互作用力を測定し、これら複数の交換相互作用力から
総合的に他方の物質の磁気特性を評価することを特徴と
する請求項３に記載の交換相互作用力による磁気特性の
評価方法。 - 【請求項５】 試料表面および探針を、相互の離間距離
が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始めるところか
ら、局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところま
での近接領域で対向させ、この近接領域内において、探
針に作用する力を、試料の磁気モーメントと探針の磁気
モーメントが平行となる状態および反平行となる状態に
おいてそれぞれ測定し、このようにして得られる２つの
力の差をこれら試料表面と探針との間に作用する交換相
互作用力として求めることを特徴とする交換相互作用力
の測定方法。 - 【請求項６】 前記試料および探針を遷移金属とし、そ
の格子定数をａとし、試料表面と探針との間の距離をｄ
とするとき、試料表面と探針とをｄ／ａが1.0 〜1.7 の
範囲内に設定して交換相互作用力を測定することを特徴
とする請求項５に記載の交換相互作用力の測定方法。 - 【請求項７】 試料表面および探針を、相互の離間距離
が、伝導電子雲（波動関数）が重なり始めるところか
ら、局在電子雲（波動関数）が殆ど重ならないところま
での近接領域で対向させ、この近接領域内において、探
針に作用する力を、試料の磁気モーメントと探針の磁気
モーメントが平行となる状態および反平行となる状態に
おいてそれぞれ測定し、このようにして得られる２つの
力の差をこれら試料表面と探針との間に作用する交換相
互作用力として求め、このようにして求めた交換相互作
用力に基づいて試料表面の磁気特性を評価することを特
徴とする交換相互作用力による磁気特性の評価方法。 - 【請求項８】 前記探針と試料表面との間の距離を、前
記近接領域の範囲内において変化させながら複数の測定
点において交換相互作用力を測定し、これら複数の交換
相互作用力から総合的に試料表面の磁気特性を評価する
ことを特徴とする請求項７に記載の交換相互作用力によ
る磁気特性の評価方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9085148A JP3057222B2 (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 交換相互作用力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評価方法 |
| US09/049,995 US6081115A (en) | 1997-04-03 | 1998-03-30 | Method of measuring exchange force and method of evaluating magnetism using the exchange force |
| EP98302589A EP0869354A1 (en) | 1997-04-03 | 1998-04-02 | Method of measuring exchange force and method of evaluating magnetism using the exchange force |
| KR1019980011628A KR100284984B1 (ko) | 1997-04-03 | 1998-04-02 | 교환력측정방법및교환력을사용하여자성을평가하는방법 |
| CN98106311A CN1107219C (zh) | 1997-04-03 | 1998-04-03 | 测量相互作用力的方法和用该相互作用力评价磁性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9085148A JP3057222B2 (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 交換相互作用力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評価方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282122A true JPH10282122A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3057222B2 JP3057222B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=13850589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9085148A Expired - Lifetime JP3057222B2 (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 交換相互作用力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評価方法 |
Country Status (5)
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| EP (1) | EP0869354A1 (ja) |
| JP (1) | JP3057222B2 (ja) |
| KR (1) | KR100284984B1 (ja) |
| CN (1) | CN1107219C (ja) |
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| US7099122B2 (en) * | 2003-12-16 | 2006-08-29 | Seagate Technology Llc | Spin polarization enhancement artificial magnet |
| CN105102989B (zh) * | 2013-03-28 | 2017-06-23 | 国立大学法人秋田大学 | 磁场值测定装置以及磁场值测定方法 |
| CN104897927B (zh) * | 2015-06-04 | 2018-04-27 | 中国科学院物理研究所 | 包括多自由度转动样品台的测量杆 |
| KR20180035208A (ko) * | 2015-06-25 | 2018-04-05 | 브루커 나노, 인코퍼레이션. | 주사 탐침 현미경을 위한 시료 용기 유지 장치 |
| CN105115589A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-02 | 扬州大学 | 一种基于隧道显微镜的水声测试仪 |
| CN109084918B (zh) * | 2018-08-29 | 2020-06-23 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5171992A (en) * | 1990-10-31 | 1992-12-15 | International Business Machines Corporation | Nanometer scale probe for an atomic force microscope, and method for making same |
| NL9301617A (nl) * | 1993-09-17 | 1995-04-18 | Stichting Katholieke Univ | Meetinrichting voor het meten van de intensiteit en/of polarisatie van elektromagnetische straling, voor het bepalen van fysische eigenschappen van een preparaat en voor het lezen van informatie vanaf een opslagmedium. |
| JPH08313544A (ja) * | 1995-05-24 | 1996-11-29 | Hitachi Ltd | 電子顕微鏡及びこれを用いた試料観察方法 |
-
1997
- 1997-04-03 JP JP9085148A patent/JP3057222B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-03-30 US US09/049,995 patent/US6081115A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-02 KR KR1019980011628A patent/KR100284984B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1998-04-02 EP EP98302589A patent/EP0869354A1/en not_active Withdrawn
- 1998-04-03 CN CN98106311A patent/CN1107219C/zh not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| JP3057222B2 (ja) | 2000-06-26 |
| EP0869354A1 (en) | 1998-10-07 |
| CN1196481A (zh) | 1998-10-21 |
| KR19980081028A (ko) | 1998-11-25 |
| CN1107219C (zh) | 2003-04-30 |
| KR100284984B1 (ko) | 2001-06-01 |
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