[論文レビュー] Surface and Shape Effects on the Magnetic Behavior of Single La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ Nanotubes

M. I. Dolz, W. Bast+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2007

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、共振モードで動作するシリコンマイクロメカニカルオシレーターを用いて、14ピコグラム未満の質量を有する単一の La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ ナノチューブの磁気的性質を調査し、最初に孤立したナノチューブにおける磁化ループの測定に成功した。結果から、磁気的異方性は主に形状に依存しており、コーエレティビティは非一様な磁化反転モードによって低下する。また、結晶粒の表面性質が温度依存的磁化挙動を支配することが明らかになった。

ABSTRACT

We report magnetization experiments in two magnetically isolated ferromagnetic nanotubes of perovskite La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$. The results show that the magnetic anisotropy is determined by the sample shape although the coercive field is reduced by incoherent magnetization reversal modes. The temperature dependence of the magnetization reveals that the magnetic behavior is dominated by grain surface properties. These measurements were acquired using a Silicon micro-mechanical oscillator working in its resonant mode. The sensitivity was enough to measure the magnetic properties of these two samples with a mass lower than 14 picograms and to obtain for the first time the magnetization loop for one isolated nanotube.

研究の動機と目的

• 14 pg未満の質量を有する磁気的に孤立した La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ ナノチューブの磁気的性質を調査すること。
• ナノチューブの形状および表面効果が磁気的異方性およびコーエレティビティに与える影響を特定すること。
• 超感受性検出法を用いて、単一ナノチューブにおける磁化ループを初めて測定すること。
• ナノスケールマンガン酸化物における温度依存的磁化挙動に、結晶粒の表面性質が果たす役割を理解すること。

提案手法

• サブピコグラム感度を有するシリコンマイクロメカニカルオシレーターを共振モードで駆動し、磁気的応答を検出する。
• 14 pg未満の質量を有する2つの孤立した La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ ナノチューブの磁化ループを測定した。
• 温度依存的磁化測定を用いて、結晶粒の表面性質が磁気的挙動に与える影響を調査した。
• 磁気的異方性およびコーエルフィールドの変化を分析し、試料の幾何形状および反転メカニズムの影響を評価した。
• 磁場スイープを適用してヒステリシスループを抽出し、形状および表面効果による磁気的異方性寄与を特定した。
• 機械的共振周波数のシフトと磁気モーメントの変化を相関させ、ナノスケールでの磁化挙動を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一の La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ ナノチューブの形状がその磁気的異方性にどのように影響するか？
• RQ2 非一様な磁化反転モードが、孤立ナノチューブにおけるコーエルフィールドをどの程度低減するか？
• RQ3 結晶粒の表面性質がナノスケールマンガン酸化物の温度依存的磁化にどのように影響するか？
• RQ4 マイクロオシレーターを用いて、14 pg未満の質量の単一ナノチューブにおける磁化ループを測定できるか？
• RQ5 表面効果とバルク形状の両者が、これらのナノチューブにおける全体の磁気的挙動に果たす相対的寄与は何か？

主な発見

• La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ ナノチューブにおける磁気的異方性は主に試料の形状に起因しており、形状駆動の異方性が他の要因を上回ることが示された。
• コーエルフィールドは、非一様な磁化反転モードによって低減しており、これはドメインウォールの移動や非一様な反転を容易にする。
• 温度依存的磁化測定から、結晶粒の表面性質が全体の磁気的応答に顕著に影響することが明らかになった。
• 本研究では、14ピコグラム未満の質量を有する磁気的に孤立した La$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_3$ ナノチューブにおける磁化ループの直接測定を初めて達成した。
• シリコンマイクロメカニカルオシレーターは、サブピコグラムの質量を有するナノチューブからの磁気信号を検出でき、極めて高い感度を示した。
• 結果から、これらのナノスケールマンガン酸化物系において、表面および形状効果が磁気的挙動を支配することが示された。