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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-12
(45)【発行日】2024-07-23
(54)【発明の名称】規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
B82Y 40/00 20110101AFI20240716BHJP
B82Y 25/00 20110101ALI20240716BHJP
G11B 5/39 20060101ALI20240716BHJP
H10B 61/00 20230101ALI20240716BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20240716BHJP
H01F 41/20 20060101ALI20240716BHJP
H01F 41/18 20060101ALI20240716BHJP
【ＦＩ】
B82Y40/00
B82Y25/00
G11B5/39
H10B61/00
H10N50/10 Z
H01F41/20
H01F41/18
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2023547167
(86)(22)【出願日】2022-09-12
(86)【国際出願番号】 JP2022034863
(87)【国際公開番号】W WO2023038158
(87)【国際公開日】2023-03-16
【審査請求日】2023-11-14
(31)【優先権主張番号】P 2021148986
(32)【優先日】2021-09-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2022043216
(32)【優先日】2022-03-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、文部科学省、科学技術試験研究委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】503360115
【氏名又は名称】国立研究開発法人科学技術振興機構
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(72)【発明者】
【氏名】真島 豊
(72)【発明者】
【氏名】山浦 淳一
(72)【発明者】
【氏名】河智 史朗
(72)【発明者】
【氏名】細野 秀雄
(72)【発明者】
【氏名】遠山 諒
【審査官】植木 隆和
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－５２９５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０８１３８１（ＷＯ，Ａ２）
【文献】特開２００８－１１５４８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－３０１６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－４２３９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ８２Ｙ ３０／００
Ｂ８２Ｂ １／００
Ｇ１１Ｂ ５／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを形成する工程と、前記ナノワイヤに熱処理を施して、前記基板上に前記鉄族元素及び前記白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤが形成された規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を得る工程と、
を有する規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項2】
前記ナノワイヤの延在方向に垂直な断面において、線幅に対する厚さの比が０．７以上３．０以下である、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項3】
前記基板が、酸化マグネシウム基板、アルミナ基板、チタン酸ストロンチウム基板、及び酸化シリコン膜が表面に形成されたシリコン基板のいずれかである、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項4】
電子ビーム蒸着法により前記鉄族元素及び前記白金族元素を交互に堆積させて前記ナノワイヤを作製することで、前記ナノワイヤが前記鉄族元素からなる第一層及び前記白金族元素からなる第二層の交互積層体からなる、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項5】
前記第一層の厚さが２．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、前記第二層の厚さが３．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、前記第一層及び前記第二層の層数が合計で２以上２４以下である、請求項４に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項6】
電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法により前記鉄族元素及び前記白金族元素を同時に堆積させて前記ナノワイヤを作製することで、前記ナノワイヤが前記鉄族元素及び前記白金族元素の複合体からなる、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項7】
水素及び不活性ガスを含む雰囲気下にて、熱処理温度を５００℃以上９００℃以下、熱処理時間を３０分以上３６０分以下として、前記熱処理を行う、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項8】
前記ナノワイヤの原子組成比を前記鉄族元素：前記白金族元素＝１：１として、前記規則化合金強磁性ナノワイヤを、Ｌ１０規則化合金であるものとする、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項9】
前記ナノワイヤの原子組成比を前記鉄族元素：前記白金族元素＝１：３又は３：１として、前記規則化合金強磁性ナノワイヤを、Ｌ１２規則化合金であるものとする、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項10】
前記鉄族元素がＣｏ、Ｆｅ及びＮｉのいずれかであり、前記白金族元素がＰｔ及びＰｄのいずれかである、請求項１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【請求項11】
基板と、前記基板上に形成された、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤと、
を有する規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項12】
前記規則化合金強磁性ナノワイヤの線長さが８００ｎｍ以上である、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項13】
前記基板が、酸化マグネシウム基板、アルミナ基板、チタン酸ストロンチウム基板、及び酸化シリコン膜が表面に形成されたシリコン基板のいずれかである、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項14】
前記規則化合金強磁性ナノワイヤがＬ１０規則化合金である、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項15】
前記規則化合金強磁性ナノワイヤがＬ１２規則化合金である、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項16】
前記規則化合金強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面において、前記規則化合金強磁性ナノワイヤの前記基板との接触幅が前記規則化合金強磁性ナノワイヤの最大幅よりも小さい、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項17】
前記規則化合金強磁性ナノワイヤは、複数のグレインが連結してなり、前記グレインの各々が、双晶を含む単結晶からなる、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項18】
前記鉄族元素がＣｏ、Ｆｅ及びＮｉのいずれかであり、前記白金族元素がＰｔ及びＰｄのいずれかである、請求項１１に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【請求項19】
請求項１１～１８のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を含むＴＭＲヘッド。
【請求項20】
請求項１１～１８のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を含む磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
強い垂直磁気結晶異方性（ＰＭＡ：Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）と大きな保磁力（Ｈｃ）を有する強磁性体は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、超高密度ハードディスクドライブ（ＨＨＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）内のＴＭＲヘッド（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｈｅａｄ）、強磁性単電子トランジスタ（ＦＭ－ＳＥＴ：Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスピントロニクスデバイスへの応用を目指して広く研究されている。中でも、鉄族元素と白金族元素の規則化合金は、次世代の強磁性材料として有望視されている。Ａ１不規則相からなる鉄族元素と白金族元素の合金は、所定の条件の熱処理を受けることにより相転移して、規則化合金となることが知られている。例えば、ＣｏＰｔの原子組成比がＣｏ：Ｐｔ＝１：１の場合、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ合金を得ることができる。また、ＣｏＰｔの原子組成比がＣｏ：Ｐｔ＝１：３又は３：１の場合、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔ合金を得ることができる。なお、Ｌ１０及びＬ１２における「Ｌ」は、正式にはイタリック体で表記されるが、本明細書では通常の書体で表記する。
【0003】
規則化合金強磁性材料に関しては、以下のような技術が知られている。特許文献１には、「非磁性材料からなる基板と、該基板上に形成された磁性材料層とを備える磁気記録媒体であって、上記磁性材料層が、上記基板上に直接又は下地層を介して形成された平均粒子径が３～２０ｎｍの規則化結晶磁性ナノ粒子と、該規則化結晶磁性ナノ粒子表面を被覆して、該規則化結晶磁性ナノ粒子の分散状態を保持する無機材料からなる保護層とを含むことを特徴とする磁気記録媒体（請求項１）」が記載され、この規則化結晶磁性ナノ粒子がＬ１０規則化ＣｏＰｔ磁性ナノ粒子であること（請求項３）が記載されている。
【0004】
非特許文献１及び非特許文献２は、本発明者らにより執筆されたものである。非特許文献１では、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に、電子ビーム蒸着法により、密着性を高めるための下地層として厚さ３．０ｎｍのＴｉ層を成膜し、引き続き、厚さ６．６ｎｍのＰｔ層と厚さ４．８ｎｍのＣｏ層からなる等原子二層膜（Ｃｏ５０Ｐｔ５０）を形成し、続いて、ＲＴＡ装置を用いて、真空中で昇温速度３０℃／ｓ、熱処理温度２００～９００℃の範囲の１００℃刻み、熱処理時間３０秒の熱処理を行う実験を示している。そして、熱処理温度が８００℃の場合に、ＣｏＰｔ二層薄膜の相互拡散によって、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔ３、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ、及びＬ１２規則化Ｃｏ３Ｐｔを含む傾斜薄膜が形成され、Ｈｃ＝２．１ｋＯｅの面内保磁力とＭｓ＝６００ｅｍｕ／ｃｍ３の飽和磁化が得られたことが示されている。
【0005】
非特許文献２では、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に、電子ビーム蒸着法により、厚さ１．２ｎｍのＣｏ層と厚さ１．６ｎｍのＰｔ層を４回くり返し積層した等原子（Ｃｏ／Ｐｔ）４八層薄膜を形成し、続いて、ＲＴＡ装置を用いて、真空中で９００℃、１時間＋３０秒の熱処理を行う実験を示している。そして、熱処理後には球状のＬ１０規則化ＣｏＰｔが観察され、Ｈｃ＝２．７ｋＯｅの面内保磁力が得られたことが示されている。
【0006】
非特許文献３には、Ｆｅ５０Ｐｄ５０－ｘＮｉｘ（ｘ＝６，１２，２５，３８，４４）の混合粉末を６ＧＰａの高圧下で高圧ねじり（ＨＰＴ）加工を行い、巨大ひずみを導入して固溶体状態のバルク状に固化し、続く熱処理でＬ１０規則化合金を得る方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１６－４２３９９号公報
【非特許文献】
【0008】
【文献】Ｒ．Ｔｏｙａｍａ ｅｔ ａｌ．，Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌ１▲０▼－ｏｒｄｅｒｅｄ ＣｏＰｔ ｄｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｂｅａｍ－ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｐｔ／Ｃｏ ｂｉｌａｙｅｒ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｓｉ／ＳｉＯ▲２▼ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ，Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ ７（２０２０）０６６１０１
【文献】Ｒ．Ｔｏｙａｍａ ｅｔ ａｌ．，Ｔｉ ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒｉｎｇ ｏｆ ＣｏＰｔ ｉｎ（Ｃｐ／Ｐｔ）▲４▼ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｓｉ／ＳｉＯ▲２▼ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５９，０７５５０４（２０２０）
【文献】堀田善治、他５名“巨大ひずみ加工により作製したＦｅ▲５０▼Ｐｄ▲５０－ｘ▼Ｎｉ▲ｘ▼合金の構造変化と顕微分光解析”、ＳＰｒｉｎｇ－８／ＳＡＣＬＡ利用研究成果集、２０２１年１月、第８巻、第３号、４９３－４９６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ナノスケールで効率良く規則化合金を製造できれば、種々のスピントロニクスデバイスへの応用の観点から非常に有利である。特に、ワイヤタイプの規則化合金を半導体プロセスの中で形成できれば、ＭＴＲ素子の小型化が容易になるなど有用な応用が期待できる。しかしながら、特許文献１では、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ磁性ナノ粒子を作製しており、非特許文献１及び２では、Ｌ１０相を含むＣｏＰｔ薄膜を作製しており、非特許文献３ではＦｅＰｄＮｉのＬ１０規則化合金のバルク状材料を作製しており、いずれも、規則化合金ナノワイヤを作製できていない。これまで、線幅が１００ｎｍ以下といったナノメートルオーダーの規則化合金強磁性ナノワイヤを効率良く作製する好適な方法は見出されていなかった。
【0010】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体と、その好適な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意検討し、以下の知見を得た。鉄族元素及び白金族元素の成膜とリフトオフプロセスとを組み合わせることで、鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを製造することができる。このとき、ナノワイヤの線幅を所定の上限値以下に制限し、ナノワイヤに所定の条件の熱処理を施すと、ナノワイヤの鉄族元素及び白金族元素が規則化合金となり、規則化合金強磁性ナノワイヤを得ることができることを見出した。
【0012】
また、ナノワイヤの線幅を所定の下限値以上とし、かつ、ナノワイヤの延在方向に垂直な断面において、線幅に対する厚さの比（以下、「アスペクト比」と称する。）を所定値以上とし、ナノワイヤに所定の条件の熱処理を施すと、ナノワイヤが途切れることなく、鉄族元素及び白金族元素が規則化合金となり、線長さを十分に確保した規則化合金強磁性ナノワイヤを得ることができることを見出した。なお、本発明において、「ナノワイヤ」は、熱処理を受ける前の鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを意味し、「規則化合金強磁性ナノワイヤ」は、前記ナノワイヤが熱処理を受けて形成された、鉄族元素及び白金族元素が規則化した合金からなる強磁性ナノワイヤを意味するものとする。
【0013】
以上の知見に基づいて完成された本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］基板上に、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを形成する工程と、
前記ナノワイヤに熱処理を施して、前記基板上に前記鉄族元素及び前記白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤが形成された規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を得る工程と、
を有する規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
［１］基板上に、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを形成する工程と、
前記ナノワイヤに熱処理を施して、前記基板上に前記鉄族元素及び前記白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤが形成された規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を得る工程と、
を有する規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0014】
［２］前記ナノワイヤの延在方向に垂直な断面において、線幅に対する厚さの比（厚さ／線幅）が０．７以上３．０以下である、上記［１］に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0015】
［３］前記ナノワイヤの線長さを８００ｎｍ以上とする、上記［１］又は［２］に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0016】
［４］前記基板上に接して前記ナノワイヤを形成する、上記［１］～［３］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0017】
［５］前記基板が、酸化マグネシウム基板、アルミナ基板、チタン酸ストロンチウム基板、及び酸化シリコン膜が表面に形成されたシリコン基板のいずれかである、上記［１］～［４］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0018】
［６］電子ビーム蒸着法により前記鉄族元素及び前記白金族元素を交互に堆積させて前記ナノワイヤを作製することで、前記ナノワイヤが前記鉄族元素からなる第一層及び前記白金族元素からなる第二層の交互積層体からなる、上記［１］～［５］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0019】
［７］前記第一層の厚さが２．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、前記第二層の厚さが３．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、前記第一層及び前記第二層の層数が合計で２以上２４以下である、上記［６］に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0020】
［８］電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法により前記鉄族元素及び前記白金族元素を同時に堆積させて前記ナノワイヤを作製することで、前記ナノワイヤが前記鉄族元素及び前記白金族元素の複合体からなる、上記［１］～［５］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0021】
［９］水素及び不活性ガスを含む雰囲気下にて前記熱処理を行う、上記［１］～［８］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0022】
［１０］前記熱処理において、熱処理温度は５００℃以上９００℃以下、熱処理時間は３０分以上３６０分以下とする、上記［１］～［９］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0023】
［１１］前記ナノワイヤの原子組成比を前記鉄族元素：前記白金族元素＝１：１として、前記規則化合金強磁性ナノワイヤを、Ｌ１０規則化合金であるものとする、上記［１］～［１０］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0024】
［１２］前記ナノワイヤの原子組成比を前記鉄族元素：前記白金族元素＝１：３又は３：１として、前記規則化合金強磁性ナノワイヤを、Ｌ１２規則化合金であるものとする、上記［１］～［１０］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0025】
［１３］前記鉄族元素がＣｏ、Ｆｅ及びＮｉのいずれかであり、前記白金族元素がＰｔ及びＰｄのいずれかである、上記［１］～［１２］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法。
【0026】
［１４］基板と、
前記基板上に形成された、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤと、
を有する規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
前記基板上に形成された、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤと、
を有する規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0027】
［１５］前記規則化合金強磁性ナノワイヤの線長さが８００ｎｍ以上である、上記［１４］に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0028】
［１６］前記基板上に接して前記規則化合金強磁性ナノワイヤが形成された、上記［１４］又は［１５］に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0029】
［１７］前記基板が、酸化マグネシウム基板、アルミナ基板、チタン酸ストロンチウム基板、及び酸化シリコン膜が表面に形成されたシリコン基板のいずれかである、上記［１４］～［１６］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0030】
［１８］前記規則化合金強磁性ナノワイヤがＬ１０規則化合金である、上記［１４］～［１７］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0031】
［１９］前記規則化合金強磁性ナノワイヤがＬ１２規則化合金である、上記［１４］～［１７］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0032】
［２０］前記規則化合金強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面において、前記規則化合金強磁性ナノワイヤの前記基板との接触幅が前記規則化合金強磁性ナノワイヤの最大幅よりも小さい、上記［１４］～［１９］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0033】
［２１］前記規則化合金強磁性ナノワイヤは、複数のグレインが連結してなり、前記グレインの各々が、双晶を含む単結晶からなる、上記［１４］～［２０］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【0034】
［２２］前記鉄族元素がＣｏ、Ｆｅ及びＮｉのいずれかであり、前記白金族元素がＰｔ及びＰｄのいずれかである、上記［１４］～［２１］のいずれか一項に記載の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体。
【発明の効果】
【0035】
本発明の製造方法によれば、規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】（Ａ）～（Ｅ）は、本発明の一実施形態による規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体１００の製造方法を説明する図である。
【図2】（Ａ）～（Ｃ）は、それぞれ実験例１～３における、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の延在方向に垂直な断面形状を示す図である。
【図3】実験例１において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を１２０分、１８０分、３００分、及び３６０分とした例の、サンプル上面のＳＥＭ画像（上側）と、ＧＩ－ＸＲＤパターン（下側）である。
【図4A】実験例１において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を１８０分とした例のＶＳＭ測定結果（左側）と、サンプル上面のＳＥＭ画像（右側）である。
【図4B】実験例１において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を３００分とした例のＶＳＭ測定結果（左側）と、サンプル上面のＳＥＭ画像（右側）である。
【図5】実験例２において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を３０分、６０分、及び９０分とした例の、サンプル上面のＳＥＭ画像（上側）と、ＧＩ－ＸＲＤパターン（下側）である。
【図6】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を３０分、６０分、及び９０分とした例の、サンプル上面のＳＥＭ画像である。
【図7】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を９０分とした例の、サンプル上面のＳＥＭ画像（左側）と、ＧＩ－ＸＲＤパターン（右側）である。
【図8】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を９０分とした例のＶＳＭ測定結果（左側）と、サンプル上面のＳＥＭ画像（右側）である。
【図9】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を９０分とした例の、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面ＴＥＭ画像（左側）と、サンプル上面のＳＥＭ画像（右側）である。
【図10】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を９０分とした例の、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に沿った、幅方向に垂直な断面ＴＥＭ画像（左側）と、サンプル上面のＳＥＭ画像（右側）である。
【図11A】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を９０分とした例の、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面ＳＴＥＭ画像である。
【図11D】実験例３において、熱処理温度を６５０℃、熱処理時間を９０分とした例の、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの側面を拡大して観察したＳＴＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
（規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法）
本発明の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法は、基板上に、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを形成する工程と、前記ナノワイヤに熱処理を施して、前記基板上に前記鉄族元素及び前記白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤが形成された規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を得る工程と、を有する。
本発明の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体の製造方法は、基板上に、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素からなるナノワイヤを形成する工程と、前記ナノワイヤに熱処理を施して、前記基板上に前記鉄族元素及び前記白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤが形成された規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体を得る工程と、を有する。
【0038】
化学的安定性と欠陥を含みにくい構造の観点から、鉄族元素としては、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉのいずれかを採用することができ、白金族元素としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを採用することができる。白金族元素としては、融点が低いＰｔ及びＰｄのいずれかを好適に採用することができる。本発明において、鉄族元素と白金族元素の組み合わせは、上記した元素から選択した任意の組み合わせとすることができる。以下、鉄族元素としてＣｏを採用し、白金族元素としてＰｔを採用し、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体を製造する実施形態を典型例として説明するが、本発明はこの実施形態に限定されない。以下の説明は、鉄族元素と白金族元素の任意の組み合わせにも適用される。
【0039】
図１（Ａ）～（Ｅ）を参照して、本発明の一実施形態による規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体１００の製造方法は、
（Ｉ）以下の（Ｉ－１）から（Ｉ－４）の工程、すなわち、
（Ｉ－１）基板１０上に電子線レジスト膜１２を形成する工程（図１（Ａ））；
（Ｉ－２）前記電子線レジスト膜１２に電子線を照射し、その後現像することによって、ナノワイヤ形状に前記基板１０が露出したマスクパターン１４を形成する工程（図１（Ｂ）；
（Ｉ－３）前記基板１０の露出部１０Ａ及び前記マスクパターン１４上に、Ｃｏ及びＰｔを堆積させる工程（図１（Ｃ））；
（Ｉ－４）前記マスクパターン１４を除去する工程（図１（Ｄ））；
によって、前記基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成する工程と、
（ＩＩ）前記ＣｏＰｔナノワイヤ１６に熱処理を施すことでＣｏＰｔを規則化させて、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得る工程（図１（Ｅ））と、
を有する。
（Ｉ）以下の（Ｉ－１）から（Ｉ－４）の工程、すなわち、
（Ｉ－１）基板１０上に電子線レジスト膜１２を形成する工程（図１（Ａ））；
（Ｉ－２）前記電子線レジスト膜１２に電子線を照射し、その後現像することによって、ナノワイヤ形状に前記基板１０が露出したマスクパターン１４を形成する工程（図１（Ｂ）；
（Ｉ－３）前記基板１０の露出部１０Ａ及び前記マスクパターン１４上に、Ｃｏ及びＰｔを堆積させる工程（図１（Ｃ））；
（Ｉ－４）前記マスクパターン１４を除去する工程（図１（Ｄ））；
によって、前記基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成する工程と、
（ＩＩ）前記ＣｏＰｔナノワイヤ１６に熱処理を施すことでＣｏＰｔを規則化させて、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得る工程（図１（Ｅ））と、
を有する。
【0040】
［工程（Ｉ）：ＣｏＰｔナノワイヤ１６の作製］
以下、基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成する工程（Ｉ）について、詳細に説明する。
以下、基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成する工程（Ｉ）について、詳細に説明する。
【0041】
［工程（Ｉ－１）］
図１（Ａ）を参照して、工程（Ｉ－１）では、基板１０上に電子線レジスト膜１２を形成する。電子線レジスト膜１２は、電子ビーム露光用のフォトレジスト組成物を基板１０上に塗布し、乾燥させることで形成することができる。塗布方法は特に限定されないが、スピンコート法を好適に用いることができる。電子線レジスト膜１２の厚さは、形成しようとするＣｏＰｔナノワイヤ１６の厚みよりも厚くなるように適宜設定すればよい。
図１（Ａ）を参照して、工程（Ｉ－１）では、基板１０上に電子線レジスト膜１２を形成する。電子線レジスト膜１２は、電子ビーム露光用のフォトレジスト組成物を基板１０上に塗布し、乾燥させることで形成することができる。塗布方法は特に限定されないが、スピンコート法を好適に用いることができる。電子線レジスト膜１２の厚さは、形成しようとするＣｏＰｔナノワイヤ１６の厚みよりも厚くなるように適宜設定すればよい。
【0042】
基板１０は、ＣｏＰｔナノワイヤ１６を支持することができる剛性を有し、かつ、絶縁表面を有するものであれば、特に限定されない。ただし、基板１０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）基板（ＳＴＯ基板）、及び酸化シリコン膜が表面に形成されたシリコン基板（本明細書において、「ＳｉＯ２／Ｓｉ基板」と称する。）のいずれかであることが好ましい。これらの基板は、各種スピントロニクスデバイスの基板として好適に用いられるため、これらの基板上に規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤを形成することで、各種スピントロニクスデバイスへの応用が期待できる。特に、基板１０は、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板であることが好ましい。これにより、各種スピントロニクスデバイスの素子を、Ｓｉ半導体を用いて回路を集積するＩＣやＵＬＳＩと同じ基板上に作製することが可能である。基板１０の形状及び寸法は特に限定されないが、主表面形状が矩形である基板を用いる場合、寸法は例えば、縦：４～３００ｍｍ×横：４～３００ｍｍ×厚さ：０．３～１．２ｍｍの範囲とすることができる。
【0043】
［工程（Ｉ－２）］
次に、図１（Ｂ）を参照して、工程（Ｉ－２）では、電子線レジスト膜１２に電子線を照射し、その後現像することによって、ナノワイヤ形状に基板１０が露出したマスクパターン１４を形成する。すなわち、マスクパターン１４は、電子線レジスト膜１２を電子ビームリソグラフィにより露光し、現像することによって作製される。マスクパターン１４の形状は、形成しようとするＣｏＰｔナノワイヤ１６の線幅及び線長さに応じて適宜設定すればよい。マスクパターン１４において電子線レジスト膜１２が除去された部分では、基板１０が露出し、露出部１０Ａを形成している。
次に、図１（Ｂ）を参照して、工程（Ｉ－２）では、電子線レジスト膜１２に電子線を照射し、その後現像することによって、ナノワイヤ形状に基板１０が露出したマスクパターン１４を形成する。すなわち、マスクパターン１４は、電子線レジスト膜１２を電子ビームリソグラフィにより露光し、現像することによって作製される。マスクパターン１４の形状は、形成しようとするＣｏＰｔナノワイヤ１６の線幅及び線長さに応じて適宜設定すればよい。マスクパターン１４において電子線レジスト膜１２が除去された部分では、基板１０が露出し、露出部１０Ａを形成している。
【0044】
［工程（Ｉ－３）］
次に、図１（Ｃ）を参照して、工程（Ｉ－３）では、基板１０の露出部１０Ａ及びマスクパターン１４上に、Ｃｏ及びＰｔを堆積させ、ＣｏＰｔ堆積層を形成する。堆積方法は、例えば電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法とすることができる。
次に、図１（Ｃ）を参照して、工程（Ｉ－３）では、基板１０の露出部１０Ａ及びマスクパターン１４上に、Ｃｏ及びＰｔを堆積させ、ＣｏＰｔ堆積層を形成する。堆積方法は、例えば電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法とすることができる。
【0045】
［工程（Ｉ－４）］
次に、図１（Ｄ）を参照して、工程（Ｉ－４）では、マスクパターン１４を除去する。すなわち、マスクパターン１４を剥離して、その上に形成されたＣｏＰｔ堆積層を除去するリフトオフプロセスによって、基板１０の露出部１０Ａ上に形成されたＣｏＰｔ堆積層が残留し、基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成することができる。
次に、図１（Ｄ）を参照して、工程（Ｉ－４）では、マスクパターン１４を除去する。すなわち、マスクパターン１４を剥離して、その上に形成されたＣｏＰｔ堆積層を除去するリフトオフプロセスによって、基板１０の露出部１０Ａ上に形成されたＣｏＰｔ堆積層が残留し、基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成することができる。
【0046】
［ＣｏＰｔナノワイヤ１６の構造］
以上の（Ｉ－１）から（Ｉ－４）の工程、すなわち、電子線リソグラフィーと電子ビーム蒸着法によるＣｏ及びＰｔの成膜とを組み合わせることで、基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を製造することができる。図１（Ｄ）に示すように、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の延在方向に垂直な断面形状は、矩形状となる。なお、図１（Ａ）～（Ｄ）に示す本実施形態においては、電子線リソグラフィーによってマスクパターンを形成したが、本発明はこれに限定されず、ＵＶ露光法、ナノインプリント法、ＡｒＦ液浸リソグラフィー法等、ナノメートルオーダーの微細なマスクパターンを形成可能な方法であれば、任意の方法でマスクパターンを形成することができる。
以上の（Ｉ－１）から（Ｉ－４）の工程、すなわち、電子線リソグラフィーと電子ビーム蒸着法によるＣｏ及びＰｔの成膜とを組み合わせることで、基板１０上にＣｏＰｔナノワイヤ１６を製造することができる。図１（Ｄ）に示すように、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の延在方向に垂直な断面形状は、矩形状となる。なお、図１（Ａ）～（Ｄ）に示す本実施形態においては、電子線リソグラフィーによってマスクパターンを形成したが、本発明はこれに限定されず、ＵＶ露光法、ナノインプリント法、ＡｒＦ液浸リソグラフィー法等、ナノメートルオーダーの微細なマスクパターンを形成可能な方法であれば、任意の方法でマスクパターンを形成することができる。
【0047】
本発明において、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線幅を１００ｎｍ以下とすることが重要である。線幅が１００ｎｍを超える場合、ナノワイヤの形状を保ちながらＣｏＰｔを規則化することが困難である。そのため、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線幅は１００ｎｍ以下とし、好ましくは５０ｎｍ以下とする。これにより、ＣｏＰｔナノワイヤ１６に最適化された条件の熱処理を施すと、ＣｏＰｔナノワイヤ１６が規則化して、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得ることができる。また、ＣｏＰｔナノワイヤ１６を途切れにくくする観点から、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線幅は１０ｎｍ以上とすることが好ましく、２０ｎｍ以上とすることが好ましい。これは、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得るために必要である。
【0048】
ＣｏＰｔナノワイヤ１６の延在方向に垂直な断面におけるアスペクト比は、０．７以上とすることが好ましく、１．５以上とすることがより好ましく、３．０以下とすることが好ましく、２．８以下とすることがより好ましく、２．５以下とすることがさらに好ましい。ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線幅を１０ｎｍ以上とし、かつ、アスペクト比を０．７以上、好ましくは１．５以上とすることによって、ＣｏＰｔナノワイヤ１６に最適化された条件の熱処理を施すと、ＣｏＰｔナノワイヤ１６が途切れることなく規則化して、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得ることができる。すなわち、アスペクト比も線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得るために必要である。他方で、アスペクト比が３．０を超える場合、リフトオフプロセスによりＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成することが難しくなる。この観点から、アスペクト比は３．０以下とすることが好ましく、２．８以下とすることがより好ましく、２．５以下とすることがさらに好ましい。
【0049】
ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線長さは、線幅の２倍以上であれば特に限定されない。すなわち、本発明において、線幅の２倍以上の線長さを有する構造体を「ナノワイヤ」と称するものとする。ただし、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得る観点からは、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線長さは、好ましくは８００ｎｍ以上であり、より好ましくは１μｍ以上であり、さらに好ましくは１０μｍ以上である。他方で、プロセス上の制約から、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の線長さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0050】
一実施形態において、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の原子組成比をＣｏ：Ｐｔ＝１：１とすることができる。この場合、ＣｏＰｔナノワイヤ１６に所定の条件の熱処理を施すことで、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔである規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得ることができる。
【0051】
他の実施形態において、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の原子組成比をＣｏ：Ｐｔ＝１：３又は３：１とすることができる。この場合、ＣｏＰｔナノワイヤ１６に所定の条件の熱処理を施すことで、ＣｏＰｔがＬ１２規則化して、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔである規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得ることができる。
【0052】
一実施形態において、図１（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、（Ｉ－３）工程を、電子ビーム蒸着法によりＣｏ及びＰｔを交互に堆積させて行うことで、第一層としてのＣｏ層１６Ａ及び第二層としてのＰｔ層１６Ｂの交互積層体からなるＣｏＰｔナノワイヤ１６を得ることができる。この場合、最初に堆積する層は、Ｃｏ層であってもＰｔ層であってもよい。Ｃｏ層の厚さ、Ｐｔ層の厚さ、並びに、Ｃｏ層及びＰｔ層の合計層数は、所望の原子組成比を達成するように適宜決定すればよい。
【0053】
ただし、例えば図２（Ｃ）に示すように、Ｃｏ層の厚さが２．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、Ｐｔ層の厚さが３．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、Ｃｏ層及びＰｔ層の層数が合計で２以上２４以下であることが好ましい。この場合に、ＣｏＰｔナノワイヤ１６が途切れることなく規則化して、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得ることができる熱処理条件の自由度が非常に大きいことが分かった。
【0054】
他の実施形態において、（Ｉ－３）工程を、電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法によりＣｏ及びＰｔを同時に堆積させて行うことで、ＣｏＰｔ複合体からなるＣｏＰｔナノワイヤを得ることができる。Ｃｏ及びＰｔの供給比率は、所望の原子組成比を達成するように適宜決定すればよい。
【0055】
本実施形態において、基板１０とＣｏＰｔナノワイヤ１６との間には、Ｔｉ層のような接着層は無いことが好ましい。すなわち、基板１０上に接してＣｏＰｔナノワイヤ１６を形成することが好ましい。これにより、ＴｉがマイグレーションしてＣｏＰｔの規則化を阻害するということがないため、ＣｏＰｔの規則化を促進することができる。
【0056】
［工程（ＩＩ）：熱処理］
続いて、図１（Ｄ）及び（Ｅ）を参照して、工程（ＩＩ）では、ＣｏＰｔナノワイヤ１６に熱処理を施すことでＣｏＰｔを規則化させて、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得る。これにより、基板１０上に規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８が形成された規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体１００が作製される。
続いて、図１（Ｄ）及び（Ｅ）を参照して、工程（ＩＩ）では、ＣｏＰｔナノワイヤ１６に熱処理を施すことでＣｏＰｔを規則化させて、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得る。これにより、基板１０上に規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８が形成された規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体１００が作製される。
【0057】
熱処理は、水素及び不活性ガスを含む雰囲気下にて行うことが好ましく、水素を含み、残部が不活性ガス、及び、任意に含まれ得る不可避的不純物ガスからなる雰囲気下にて行うことがより好ましい。水素を含む雰囲気下で熱処理を行うことで、ＣｏＰｔの規則化を促進することができる。水素の含有量は、１～５体積％とすることが好ましく、残部の不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、及びネオン（Ｎｅ）から選択される一種以上とすることができる。
【0058】
工程（ＩＩ）において、熱処理温度は５００℃以上９００℃以下、熱処理時間は３０分以上３６０分以下とすることが好ましい。ここで、「熱処理温度」とは、熱処理時の雰囲気温度を意味する。また、「熱処理時間」とは、熱処理温度での保持時間を意味する。熱処理温度が５００℃未満の場合、ＣｏとＰｔが相互拡散せず、規則化が起きない。また、熱処理温度が９００℃超えの場合、規則化したＣｏＰｔが熱擾乱により再び不規則化する。また、熱処理温度が３０分未満の場合、規則化するために必要な相互拡散、さらには表面拡散が十分に起こらない。また、熱処理温度が３６０分超えの場合、規則化したＣｏＰｔが熱擾乱により再び不規則化する。
【0059】
以上の熱処理温度及び熱処理時間は、ＣｏＰｔを規則化するために必要な範囲である。ＣｏＰｔナノワイヤ１６が途切れることなく規則化して、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８を得るためには、ＣｏＰｔナノワイヤ１６の構造（線幅、アスペクト比、原子組成比、Ｃｏ層の厚さ、Ｐｔ層の厚さ、Ｃｏ層及びＰｔ層の合計層数など）に応じて、上記範囲の中で最適化された範囲を適宜選択することが好ましい。
【0060】
熱処理の手段は特に限定されず、一般的な熱処理炉を使用してもよいし、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を使用してもよい。
【0061】
（規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体）
本発明の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体は、基板と、前記基板上に形成された、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤと、を有する。
本発明の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体は、基板と、前記基板上に形成された、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上であり、鉄族元素及び白金族元素が規則化した合金からなる規則化合金強磁性ナノワイヤと、を有する。
【0062】
化学的安定性と欠陥を含みにくい構造の観点から、鉄族元素としては、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉのいずれかを採用することができ、白金族元素としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを採用することができる。白金族元素としては、融点が低いＰｔ及びＰｄのいずれかを好適に採用することができる。本発明において、鉄族元素と白金族元素の組み合わせは、上記した元素から選択した任意の組み合わせとすることができる。以下、鉄族元素としてＣｏを採用し、白金族元素としてＰｔを採用した、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体の実施形態を典型例として説明するが、本発明はこの実施形態に限定されない。以下の説明は、鉄族元素と白金族元素の任意の組み合わせにも適用される。
【0063】
図１（Ｅ）を参照して、本発明の一実施形態による規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体１００は、上記の実施形態による製造方法により好適に製造されるものであり、基板１０と、この基板１０上に形成された、線幅が１００ｎｍ以下で、かつ、線長さが線幅の２倍以上である規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８と、有する。
【0064】
［基板］
基板１０については、既述の記載を援用する。
基板１０については、既述の記載を援用する。
【0065】
［規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ］
規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８は、熱処理前のＣｏＰｔナノワイヤ１６の原子組成比によって、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔであるか、又は、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔである。なお、本発明において、「Ｌ１０規則化したＣｏＰｔ」とは、後述の実施例に記載のＧＩ－ＸＲＤ測定によって得られるＧＩ－ＸＲＤパターンにおいて、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認されることを意味するものとする。同様に、本発明において、「Ｌ１２規則化したＣｏＰｔ」とは、Ｌ１２規則化Ｃｏ３Ｐｔの場合、原子半径の小さいＣｏ－ｒｉｃｈの立方晶規則構造のため、後述の実施例に記載のＧＩ－ＸＲＤ測定によって得られるＧＩ－ＸＲＤパターンにおいて、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０のピークと比較して高角側に、Ｌ１２規則化Ｃｏ３Ｐｔ１００，１１０に起因する超格子反射が確認されることを意味するものとする。また、「Ｌ１２規則化したＣｏＰｔ」とは、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔ３の場合、原子半径の大きいＰｔ－ｒｉｃｈの立方晶規則構造のため、後述の実施例に記載のＧＩ－ＸＲＤ測定によって得られるＧＩ－ＸＲＤパターンにおいて、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０のピークと比較して低角側に、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔ３１００，１１０に起因する超格子反射が確認されることを意味するものとする。
規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８は、熱処理前のＣｏＰｔナノワイヤ１６の原子組成比によって、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔであるか、又は、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔである。なお、本発明において、「Ｌ１０規則化したＣｏＰｔ」とは、後述の実施例に記載のＧＩ－ＸＲＤ測定によって得られるＧＩ－ＸＲＤパターンにおいて、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認されることを意味するものとする。同様に、本発明において、「Ｌ１２規則化したＣｏＰｔ」とは、Ｌ１２規則化Ｃｏ３Ｐｔの場合、原子半径の小さいＣｏ－ｒｉｃｈの立方晶規則構造のため、後述の実施例に記載のＧＩ－ＸＲＤ測定によって得られるＧＩ－ＸＲＤパターンにおいて、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０のピークと比較して高角側に、Ｌ１２規則化Ｃｏ３Ｐｔ１００，１１０に起因する超格子反射が確認されることを意味するものとする。また、「Ｌ１２規則化したＣｏＰｔ」とは、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔ３の場合、原子半径の大きいＰｔ－ｒｉｃｈの立方晶規則構造のため、後述の実施例に記載のＧＩ－ＸＲＤ測定によって得られるＧＩ－ＸＲＤパターンにおいて、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０のピークと比較して低角側に、Ｌ１２規則化ＣｏＰｔ３１００，１１０に起因する超格子反射が確認されることを意味するものとする。
【0066】
図９に例示するように、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の延在方向に垂直な断面形状は、基板１０との接触部以外は全体的に丸みを帯びた形状となる。すなわち、当該断面形状は、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の基板１０との接触幅が規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の最大幅よりも小さい形状である。さらに言い換えると、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の延在方向に垂直な断面において、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の線幅は、高さ方向の中央付近で最大値を取り、この最大値を取る高さ位置から高さ方向に離れるにしたがって漸減する。このような形状となる理由は、延在方向に垂直な断面形状が矩形のＣｏＰｔナノワイヤ１６が熱処理を受ける過程で、ＣｏＰｔナノワイヤ１６内に非常に大きな応力（圧力）が加わることに起因する。すなわち、ＣｏＰｔナノワイヤ１６内に加わる圧力差をΔＰとして、表面張力をγ、曲率半径をｒとすると、
ΔＰ＝２γ／ｒ
が成り立つ。鉄族元素や白金族元素の表面張力は２０００ｍＮ／ｍ程度であり、Ｌ１０規則化が発生する圧力差ΔＰは１００ＭＰａ程度となる。このような大きな圧力差がある状況で、Ｃｏ及びＰｔが相互拡散し、さらには表面張力を受けて表面拡散する際に、Ｌ１０規則化する。規則化する際、表面エネルギーを低減するために曲率半径が大きくなる方向にＣｏＰｔナノワイヤ１６の角が取れるように断面形状は変形し、わずかに潰れた形状となる。したがって、曲率半径ｒが５０ｎｍ以内であればＬ１０規則化が発生する。これはナノワイヤの線幅が１００ｎｍ以下という本実施形態の知見と一致する。このような形状では、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の延在方向に垂直な断面において、結晶のｃ軸が放射状に向く傾向があるため、全ての方向に磁化を形成できるという利点を有する。
ΔＰ＝２γ／ｒ
が成り立つ。鉄族元素や白金族元素の表面張力は２０００ｍＮ／ｍ程度であり、Ｌ１０規則化が発生する圧力差ΔＰは１００ＭＰａ程度となる。このような大きな圧力差がある状況で、Ｃｏ及びＰｔが相互拡散し、さらには表面張力を受けて表面拡散する際に、Ｌ１０規則化する。規則化する際、表面エネルギーを低減するために曲率半径が大きくなる方向にＣｏＰｔナノワイヤ１６の角が取れるように断面形状は変形し、わずかに潰れた形状となる。したがって、曲率半径ｒが５０ｎｍ以内であればＬ１０規則化が発生する。これはナノワイヤの線幅が１００ｎｍ以下という本実施形態の知見と一致する。このような形状では、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の延在方向に垂直な断面において、結晶のｃ軸が放射状に向く傾向があるため、全ての方向に磁化を形成できるという利点を有する。
【0067】
規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の線幅は、１００ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以上であり、より好ましくは２０ｎｍ以上であり、好ましくは５０ｎｍ以下である。なお、「規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の線幅」とは、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の延在方向に垂直な断面における最大幅を意味するものとする。
【0068】
規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の厚さは、熱処理前のＣｏＰｔナノワイヤ１６のアスペクト比に依存するが、本実施形態では、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【0069】
規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の線長さは、線幅の２倍以上であれば特に限定されない。ただし、線長さが十分に確保された規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８においては、線長さは、好ましくは８００ｎｍ以上であり、より好ましくは１μｍ以上であり、さらに好ましくは１０μｍ以上である。他方で、プロセス上の制約から、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８の線長さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0070】
本実施形態において、基板１０と規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８との間には、Ｔｉ層のような接着層は無いことが好ましい。すなわち、基板１０上に接して規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８が位置することが好ましい。
【0071】
本実施形態において、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８は、その全体がＬ１０規則化、又は、Ｌ１２規則化していることが好ましい。また、詳細は実施例において図１０を参照して説明するが、本実施形態において、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８は、複数のグレインが連結してなる。そして、詳細は実施例において図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ及び図１１Ｄを参照して説明するが、本実施形態において、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８のグレインの各々は、双晶を含む単結晶からなる。グレインごとにｃ軸はランダムになっている。各グレインが単結晶となっているため、高い保磁力を発揮することができる。また、本実施形態では、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８が、双晶を含む単結晶からなる複数のグレインが連結してなるため、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ１８上に絶縁体薄膜を形成し、その後ＣＭＰなどでポリッシュすることによりナノワイヤ表面を出すような平坦化を行っても、単結晶の規則化強磁性体を使うことができるという効果がある。
【実施例】
【0072】
［実験例１］
＜サンプル作製＞
表層約５０ｎｍがＳｉＯ２からなるＳｉ（１００）基板（縦：６ｍｍ×横：４ｍｍ×厚さ５２５μｍ）（以下、「ＳｉＯ２／Ｓｉ基板」と称する。）を用意した。ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に、電子線レジスト（日本ゼオン株式会社製、ＺＥＰ－５２０Ａ）をスピンコート法で塗布し、電子線レジスト膜を形成した。その後、電子線描写装置（エリオニクス社製 ＥＬＳ－７５００ＥＸ）で電子線レジスト膜に電子線を照射し、その後現像することによって、ナノワイヤ形状にＳｉＯ２／Ｓｉ基板が露出したマスクパターンを形成した。その後、電子ビーム蒸着法により、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板の露出部及びマスクパターン上にＣｏ及びＰｔを交互に堆積させた。その後、マスクパターンを剥離するリフトオフプロセスを経て、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にＣｏＰｔナノワイヤを形成した。
＜サンプル作製＞
表層約５０ｎｍがＳｉＯ２からなるＳｉ（１００）基板（縦：６ｍｍ×横：４ｍｍ×厚さ５２５μｍ）（以下、「ＳｉＯ２／Ｓｉ基板」と称する。）を用意した。ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に、電子線レジスト（日本ゼオン株式会社製、ＺＥＰ－５２０Ａ）をスピンコート法で塗布し、電子線レジスト膜を形成した。その後、電子線描写装置（エリオニクス社製 ＥＬＳ－７５００ＥＸ）で電子線レジスト膜に電子線を照射し、その後現像することによって、ナノワイヤ形状にＳｉＯ２／Ｓｉ基板が露出したマスクパターンを形成した。その後、電子ビーム蒸着法により、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板の露出部及びマスクパターン上にＣｏ及びＰｔを交互に堆積させた。その後、マスクパターンを剥離するリフトオフプロセスを経て、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にＣｏＰｔナノワイヤを形成した。
【0073】
ＣｏＰｔナノワイヤの延在方向に垂直な断面形状は、図２（Ａ）に示すものとした。すなわち、ＣｏＰｔナノワイヤは、厚さ１．８ｎｍのＣｏ層と厚さ２．４ｎｍのＰｔ層を交互に６回積層して形成した、厚さ２５．２ｎｍの｛Ｃｏ（１．８ｎｍ）／Ｐｔ（２．４ｎｍ）｝６積層体である。ＣｏＰｔナノワイヤの原子組成比はＣｏ：Ｐｔ＝１：１である。断面形状は矩形であり、線幅は２０ｎｍ、アスペクト比は１．３である。１本のＣｏＰｔナノワイヤの線長さは７５μｍであり、これを平行かつ等間隔に４６０００本形成した。隣り合うＣｏＰｔナノワイヤ間の距離は約１３０ｎｍである。
【0074】
その後、ＲＴＡ装置（アドバンス理工株式会社製、ＭＩＬＡ－５０００ＵＨＶ）を用いて、３体積％の水素を含み、残部がアルゴンガスからなる雰囲気下で、熱処理温度６５０℃、熱処理時間１２０分、１８０分、３００分、及び３６０分の４条件の熱処理を行った。
【0075】
【0076】
（２）ＧＩ－ＸＲＤ測定
各サンプルにおいて、熱処理後のＣｏＰｔナノワイヤの結晶構造をすれすれ入射Ｘ線回折法（ＧＩ－ＸＲＤ：Ｇｒａｚｉｎｇ Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって評価した。１１．７ｋｅＶのエネルギーを持つＸ線放射光を、サンプルに水平に入射させ、サンプルを０～２°揺動させながら、測定を行った。回折像は湾曲イメージングプレートにより撮影し、２次元回折パターンを得た。各サンプルにおいて、得られたＧＩ－ＸＲＤパターンを図３に示す。
各サンプルにおいて、熱処理後のＣｏＰｔナノワイヤの結晶構造をすれすれ入射Ｘ線回折法（ＧＩ－ＸＲＤ：Ｇｒａｚｉｎｇ Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって評価した。１１．７ｋｅＶのエネルギーを持つＸ線放射光を、サンプルに水平に入射させ、サンプルを０～２°揺動させながら、測定を行った。回折像は湾曲イメージングプレートにより撮影し、２次元回折パターンを得た。各サンプルにおいて、得られたＧＩ－ＸＲＤパターンを図３に示す。
【0077】
（３）ＶＳＭ測定（磁化特性）
各サンプルの磁気特性を、磁気特性測定システム（カンタム・デザイン社製、ＭＰＭＳ３）の試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、室温（２７℃）の真空下で最大７０ｋＯｅの外部磁場を（ｉ）ワイヤ軸に垂直な面内方向、（ｉｉ）ワイヤ軸に平行な面内方向、及び（ｉｉｉ）面直方向に掃引して測定した。保磁力Ｈｃは、磁化Ｍが０となるときの磁場の絶対値と定義した。また、飽和磁化Ｍｓは、印加磁場が＋７０ｋＯｅのときの磁化の値と定義した。各サンプルを代表して、熱処理時間をそれぞれ１８０分及び３００分とした例の磁気ヒステリシスループ（Ｍ－Ｈカーブ）を図４Ａ及び図４Ｂに示す。
各サンプルの磁気特性を、磁気特性測定システム（カンタム・デザイン社製、ＭＰＭＳ３）の試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、室温（２７℃）の真空下で最大７０ｋＯｅの外部磁場を（ｉ）ワイヤ軸に垂直な面内方向、（ｉｉ）ワイヤ軸に平行な面内方向、及び（ｉｉｉ）面直方向に掃引して測定した。保磁力Ｈｃは、磁化Ｍが０となるときの磁場の絶対値と定義した。また、飽和磁化Ｍｓは、印加磁場が＋７０ｋＯｅのときの磁化の値と定義した。各サンプルを代表して、熱処理時間をそれぞれ１８０分及び３００分とした例の磁気ヒステリシスループ（Ｍ－Ｈカーブ）を図４Ａ及び図４Ｂに示す。
【0078】
＜考察＞
図３（下側）のＧＩ－ＸＲＤパターンを参照すると、熱処理時間が１２０分、１８０分、３００分、及び３６０分のいずれにおいても、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認された。このことから、いずれのサンプルでも、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤが得られていることが確認された。
図３（下側）のＧＩ－ＸＲＤパターンを参照すると、熱処理時間が１２０分、１８０分、３００分、及び３６０分のいずれにおいても、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認された。このことから、いずれのサンプルでも、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤが得られていることが確認された。
【0079】
図４Ａ及び図４Ｂから、熱処理時間が１８０分の場合、保磁力Ｈｃが１３．３～１３．４ｋＯｅであり、熱処理時間が３００分の場合、保磁力Ｈｃが１１．３～１２．５ｋＯｅであり、いずれも高い保磁力が得られた。図示は省略するが、熱処理時間が１２０分の場合、保磁力Ｈｃは１１．１～１２．３ｋＯｅであり、熱処理時間が３６０分の場合、保磁力Ｈｃは８．８～１０．１ｋＯｅであった。保磁力Ｈｃが、ワイヤ軸に垂直な面内方向、ワイヤ軸に平行な面内方向、面直方向の３方向で等しくなっていることから、Ｌ１０強磁性体は等方的に生成している。また、飽和磁化Ｍｓは、熱処理時間１２０分で４００～４８０ｅｍｕ／ｃｍ３、熱処理時間１８０分で４１０～４８０ｅｍｕ／ｃｍ３、熱処理時間３００分で３９０～４５０ｅｍｕ／ｃｍ３、熱処理時間３６０分で３８０～４５０ｅｍｕ／ｃｍ３であった。
【0080】
図３（上側）のＳＥＭ画像を参照すると、熱処理時間が１２０分、１８０分、３００分、及び３６０分のいずれにおいても、ＣｏＰｔナノワイヤが途切れてしまうものの、得られたＬ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤは、線幅が２０～３０ｎｍ、線長さは線幅の２倍以上となっていた。
【0081】
［実験例２］
＜サンプル作製＞
ＣｏＰｔナノワイヤの延在方向に垂直な断面形状を、図２（Ｂ）に示すものとしたこと以外は、実験例１と同じ条件で、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にＣｏＰｔナノワイヤを形成した。すなわち、ＣｏＰｔナノワイヤは、厚さ１．８ｎｍのＣｏ層と厚さ２．４ｎｍのＰｔ層を交互に１２回積層して形成した、厚さ５０．４ｎｍの｛Ｃｏ（１．８ｎｍ）／Ｐｔ（２．４ｎｍ）｝１２積層体である。ＣｏＰｔナノワイヤの原子組成比はＣｏ：Ｐｔ＝１：１である。断面形状は矩形であり、線幅は１８ｎｍ、アスペクト比は２．８である。１本のＣｏＰｔナノワイヤの線長さは７５μｍであり、これを平行かつ等間隔に４６０００本形成した。隣り合うＣｏＰｔナノワイヤ間の距離は約１３０ｎｍである。
＜サンプル作製＞
ＣｏＰｔナノワイヤの延在方向に垂直な断面形状を、図２（Ｂ）に示すものとしたこと以外は、実験例１と同じ条件で、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にＣｏＰｔナノワイヤを形成した。すなわち、ＣｏＰｔナノワイヤは、厚さ１．８ｎｍのＣｏ層と厚さ２．４ｎｍのＰｔ層を交互に１２回積層して形成した、厚さ５０．４ｎｍの｛Ｃｏ（１．８ｎｍ）／Ｐｔ（２．４ｎｍ）｝１２積層体である。ＣｏＰｔナノワイヤの原子組成比はＣｏ：Ｐｔ＝１：１である。断面形状は矩形であり、線幅は１８ｎｍ、アスペクト比は２．８である。１本のＣｏＰｔナノワイヤの線長さは７５μｍであり、これを平行かつ等間隔に４６０００本形成した。隣り合うＣｏＰｔナノワイヤ間の距離は約１３０ｎｍである。
【0082】
その後、ＲＴＡ装置（アドバンス理工株式会社製、ＭＩＬＡ－５０００ＵＨＶ）を用いて、３体積％の水素を含み、残部がアルゴンガスからなる雰囲気下で、熱処理温度６５０℃、熱処理時間３０分、６０分、及び９０分の３条件の熱処理を行った。
【0083】
【0084】
（２）ＧＩ－ＸＲＤ測定
各サンプルにおいて、熱処理後のＣｏＰｔナノワイヤの結晶構造をＧＩ－ＸＲＤによって評価した。具体的な測定方法は実験例１と同じである。各サンプルにおいて、得られたＧＩ－ＸＲＤパターンを図５に示す。
各サンプルにおいて、熱処理後のＣｏＰｔナノワイヤの結晶構造をＧＩ－ＸＲＤによって評価した。具体的な測定方法は実験例１と同じである。各サンプルにおいて、得られたＧＩ－ＸＲＤパターンを図５に示す。
【0085】
＜考察＞
図５（下側）のＧＩ－ＸＲＤパターンを参照すると、熱処理時間が３０分、６０分、及び９０分のいずれにおいても、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認された。このことから、いずれのサンプルでも、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤが得られていることが確認された。
図５（下側）のＧＩ－ＸＲＤパターンを参照すると、熱処理時間が３０分、６０分、及び９０分のいずれにおいても、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認された。このことから、いずれのサンプルでも、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤが得られていることが確認された。
【0086】
図５（上側）に示すように、熱処理時間６０分及び９０分の場合、ＣｏＰｔナノワイヤが途切れてしまったのに対して、熱処理時間が３０分の場合、ＣｏＰｔナノワイヤがほぼ途切れることなく、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤを得ることができた。いずれのサンプルにおいても、得られたＬ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤは、線幅が２０～３０ｎｍ、線長さは線幅の２倍以上となっていた。
【0087】
［実験例３］
＜サンプル作製＞
ＣｏＰｔナノワイヤの延在方向に垂直な断面形状を、図２（Ｃ）に示すものとしたこと以外は、実験例１と同じ条件で、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にＣｏＰｔナノワイヤを形成した。すなわち、ＣｏＰｔナノワイヤは、厚さ３．６ｎｍのＣｏ層と厚さ４．８ｎｍのＰｔ層を交互に６回積層して形成した、厚さ５０．４ｎｍの｛Ｃｏ（３．６ｎｍ）／Ｐｔ（４．８ｎｍ）｝６積層体である。ＣｏＰｔナノワイヤの原子組成比はＣｏ：Ｐｔ＝１：１である。断面形状は矩形であり、線幅は２０ｎｍ、アスペクト比は２．５である。１本のＣｏＰｔナノワイヤの線長さは７５μｍであり、これを平行かつ等間隔に４６０００本形成した。隣り合うＣｏＰｔナノワイヤ間の距離は約１３０ｎｍである。
＜サンプル作製＞
ＣｏＰｔナノワイヤの延在方向に垂直な断面形状を、図２（Ｃ）に示すものとしたこと以外は、実験例１と同じ条件で、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上にＣｏＰｔナノワイヤを形成した。すなわち、ＣｏＰｔナノワイヤは、厚さ３．６ｎｍのＣｏ層と厚さ４．８ｎｍのＰｔ層を交互に６回積層して形成した、厚さ５０．４ｎｍの｛Ｃｏ（３．６ｎｍ）／Ｐｔ（４．８ｎｍ）｝６積層体である。ＣｏＰｔナノワイヤの原子組成比はＣｏ：Ｐｔ＝１：１である。断面形状は矩形であり、線幅は２０ｎｍ、アスペクト比は２．５である。１本のＣｏＰｔナノワイヤの線長さは７５μｍであり、これを平行かつ等間隔に４６０００本形成した。隣り合うＣｏＰｔナノワイヤ間の距離は約１３０ｎｍである。
【0088】
その後、ＲＴＡ装置（アドバンス理工株式会社製、ＭＩＬＡ－５０００ＵＨＶ）を用いて、３体積％の水素を含み、残部がアルゴンガスからなる雰囲気下で、熱処理温度６５０℃、熱処理時間３０分、６０分、及び９０分の３条件の熱処理を行った。
【0089】
【0090】
（２）ＧＩ－ＸＲＤ測定
各サンプルにおいて、熱処理後のＣｏＰｔナノワイヤの結晶構造をＧＩ－ＸＲＤによって評価した。具体的な測定方法は実験例１と同じである。各サンプルを代表して、熱処理時間が９０分のサンプルで得られたＧＩ－ＸＲＤパターンを図７に示す。
各サンプルにおいて、熱処理後のＣｏＰｔナノワイヤの結晶構造をＧＩ－ＸＲＤによって評価した。具体的な測定方法は実験例１と同じである。各サンプルを代表して、熱処理時間が９０分のサンプルで得られたＧＩ－ＸＲＤパターンを図７に示す。
【0091】
（３）ＶＳＭ測定（磁化特性）
各サンプルの磁気特性を、磁気特性測定システム（カンタム・デザイン社製、ＭＰＭＳ３）の試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、室温（２７℃）の真空下で最大７０ｋＯｅの外部磁場を（ｉ）ワイヤ軸に垂直な面内方向、（ｉｉ）ワイヤ軸に平行な面内方向、及び（ｉｉｉ）面直方向に掃引して測定した。保磁力Ｈｃ及び飽和磁化Ｍｓの定義は、実験例１に記載したとおりである。各サンプルを代表して、熱処理時間を９０分とした例の磁気ヒステリシスループ（Ｍ－Ｈカーブ）を図８に示す。
各サンプルの磁気特性を、磁気特性測定システム（カンタム・デザイン社製、ＭＰＭＳ３）の試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、室温（２７℃）の真空下で最大７０ｋＯｅの外部磁場を（ｉ）ワイヤ軸に垂直な面内方向、（ｉｉ）ワイヤ軸に平行な面内方向、及び（ｉｉｉ）面直方向に掃引して測定した。保磁力Ｈｃ及び飽和磁化Ｍｓの定義は、実験例１に記載したとおりである。各サンプルを代表して、熱処理時間を９０分とした例の磁気ヒステリシスループ（Ｍ－Ｈカーブ）を図８に示す。
【0092】
（４）ＴＥＭ及びＳＴＥＭ観察
各サンプルをＴＥＭ及びＳＴＥＭ観察に供した。各サンプルを代表して、図９に、熱処理時間を９０分としたサンプルにおける、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面ＴＥＭ画像を示す。図１０に、熱処理時間を９０分としたサンプルにおける、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に沿った、幅方向に垂直な断面ＴＥＭ画像を示す。また、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ及び図１１Ｄに、熱処理時間を９０分としたサンプルにおける、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤのＳＴＥＭ画像を示す。図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ図１１Ａのナノワイヤの上部（黄色線で囲った部分）及び下部（青色線で囲った部分）の拡大ＳＴＥＭ画像であり、図１１Ｄは、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの側面を拡大して観察したＳＴＥＭ画像である。
各サンプルをＴＥＭ及びＳＴＥＭ観察に供した。各サンプルを代表して、図９に、熱処理時間を９０分としたサンプルにおける、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面ＴＥＭ画像を示す。図１０に、熱処理時間を９０分としたサンプルにおける、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に沿った、幅方向に垂直な断面ＴＥＭ画像を示す。また、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ及び図１１Ｄに、熱処理時間を９０分としたサンプルにおける、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤのＳＴＥＭ画像を示す。図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ図１１Ａのナノワイヤの上部（黄色線で囲った部分）及び下部（青色線で囲った部分）の拡大ＳＴＥＭ画像であり、図１１Ｄは、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの側面を拡大して観察したＳＴＥＭ画像である。
【0093】
＜考察＞
図７のＧＩ－ＸＲＤパターンを参照すると、熱処理時間が９０分の例において、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認された。このことから、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤが得られていることが確認された。熱処理時間が３０分及び６０分のサンプルでも同様であった。
図７のＧＩ－ＸＲＤパターンを参照すると、熱処理時間が９０分の例において、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ００１，１１０に起因する超格子反射が確認された。このことから、ＣｏＰｔがＬ１０規則化して、Ｌ１０規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤが得られていることが確認された。熱処理時間が３０分及び６０分のサンプルでも同様であった。
【0094】
図８から、熱処理温度が９０分の場合、保磁力Ｈｃが１０．８ｋＯｅであり、高い保磁力が得られ、飽和磁化Ｍｓは４４０～５６０ｅｍｕ／ｃｍ３であった。図示は省略するが、熱処理温度が３０分の場合、保磁力Ｈｃは８．３ｋＯｅであり、飽和磁化Ｍｓは４００～５００ｅｍｕ／ｃｍ３であった。熱処理温度が６０分の場合、保磁力Ｈｃは９．５ｋＯｅであり、飽和磁化Ｍｓは４１０～５５０ｅｍｕ／ｃｍ３であった。
【0095】
図６のＳＥＭ画像を参照すると、熱処理時間が３０分、６０分、及び９０分のいずれにおいても、ＣｏＰｔナノワイヤがほぼ途切れることなく、線長さを十分に確保した規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤを得ることができた。線幅は２０～３０ｎｍであった。
【0096】
図９及び図１１Ａに示すように、得られた規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤの延在方向に垂直な断面形状は、基板との接触部以外は全体的に丸みを帯びた形状となっていた。また、図１０に示すように、規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤは複数のグレインが連結してなるものであった。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ及び図１１Ｄを見ると、中心部分で電子線散乱をとっているにも関わらず、［００１］と［１１０］の散乱が見えていることから、中心部分も含めた全体がＬ１０規則化していることがわかる。また、図１１Ｂ、図１１Ｃ及び図１１Ｄには、双晶が観察された。すなわち、同一グレインの上部（図１１Ｂ）と下部（図１１Ｃ）で、双晶により２つのｃ軸（白矢印と緑矢印で示した。）が存在することが分かる。上部の白矢印及び緑矢印と、下部の白矢印及び緑矢印とを比較すると、それぞれが全く同じ方向となっている。このことから、グレイン内は双晶を含む単結晶となっていることが分かる。なお、図１１Ｃ及び図１１Ｄにおいて、双晶の境界は赤線で示した。また、図１１Ｄには、グレイン境界も観察された。右側のグレインでは、鮮明な格子縞が見えないことから、単結晶のｃ軸が別の方向を向いていることが分かる。
【0097】
Ｃｏ層とＰｔ層の各層の厚さは、実験例２と比較すると２倍になっており、ＣｏＰｔナノワイヤの厚さは同一となっている。各層が厚いと、薄い場合と比較して層間における相互拡散は起きづらく、層間相互拡散が終了するまでに長い時間を要する。
【0098】
ＣｏＰｔは、高温下で応力が存在する条件下でＬ１０規則化する。本実験例のナノワイヤ構造は、曲率半径は１５ｎｍ以下で極めて小さいため、段落［００６６］で説明したようにＬ１０規則化が進行する。
【0099】
矩形の断面形状を有するナノワイヤ構造が丸みを帯びた形状の断面に変化する際、Ｃｏ原子とＰｔ原子はナノワイヤ表面を拡散する。この極めて大きな引張応力が加わる状況で、表面拡散する際にＬ１０規則化が促進されることになる。ＣｏとＰｔの厚さが薄いと、短い時間で層間相互拡散が起きＡ１不規則相化して混ざった状態となる。各層の膜厚が厚くなると、ＰｔはＣｏと比較して硬く、表面自己拡散係数が小さいため、層間相互拡散が終わっていない状態では、Ｐｔ層の存在により、レイリー不安定性により断線モードに入りづらい。さらに、Ｃｏ原子とＰｔ原子がＬ１０規則化しやすい状態で、それぞれ表面自己拡散することによりＬ１０規則化する。これが、ナノ構造誘起Ｌ１０規則化プロセスである。したがって、Ｃｏ層とＰｔ層の膜厚は、Ｌ１０規則化を促進するためには、本実験例のように厚い方が、実験例２の薄い状態よりも好ましい。
【産業上の利用可能性】
【0100】
本発明の規則化合金強磁性ナノワイヤ構造体は、ＭＲＡＭ、ＨＨＤ内のＴＭＲヘッド、ＦＭ－ＳＥＴなどのスピントロニクスデバイス（磁性体デバイス）に応用できる可能性があり、産業上の有用性が高い。
【符号の説明】
【0101】
１００ 規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ構造体
１０ 基板
１０Ａ 基板の露出部
１２ 電子線レジスト膜
１４ マスクパターン
１６ ＣｏＰｔナノワイヤ（Ｃｏ／Ｐｔ交互積層体）
１６Ａ Ｃｏ層（第一層）
１６Ｂ Ｐｔ層（第二層）
１８ 規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ
１０ 基板
１０Ａ 基板の露出部
１２ 電子線レジスト膜
１４ マスクパターン
１６ ＣｏＰｔナノワイヤ（Ｃｏ／Ｐｔ交互積層体）
１６Ａ Ｃｏ層（第一層）
１６Ｂ Ｐｔ層（第二層）
１８ 規則化ＣｏＰｔ強磁性ナノワイヤ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】