スピン偏極準安定原子ビームによる磁場中最表面磁性分析手法の開発

• Project/Area Number: 17686006
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 倉橋 光紀 National Institute for Materials Science, 量子ビームセンター, 主任研究員 (10354359)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥29,640,000 (Direct Cost: ¥22,800,000、Indirect Cost: ¥6,840,000); Fiscal Year 2007: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2006: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2005: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
• Keywords: 表面・界面物性 / 磁性 / 化学物理

Research Abstract

固体最表面はダングリングボンドの存在や対称性の欠如のため、固体全体とは異なる磁性発現が期待されている。バルク形状では磁性を示さない物質でも、薄膜やナノ粒子形状で磁性を示す例が報告され、その磁性の起源は表面にあると考えられている。表面特有の磁性を研究するには、高い表面感度を持ち、また強磁場印加できる測定手法が不可欠となる。本研究では、表面敏感な偏極準安定原子ビームを用い、強磁場下で最表面磁性分析を実現することを目的としている。
本年度は昨年度までに導入した5テスラ超伝導マグネット、製作した超高真空分析チャンバー、偏極準安定ヘリウムビーム源を組み合わせ、5T強磁場下、超高真空下に置かれた試料に対し、最表面原子層の磁性計測が可能なシステムを完成させた。本装置の性能は以下の通りである。
(1)強磁場下でもビームはほぼ100%偏極しており、90%以上の高効率でスピン反転できる。(2)分析点でのビーム強度は以前の光ポンピングによる偏極原子ビーム源に比べて一術改善された。その結果、短時間にて高いSNで表面磁性分析を行うことが可能になり、Feの1/100以下の磁化の検出は容易になった。(3)試料はロードロック室から導入でき、1x10^<-10>Torr以下の超高真空下で前処理、薄膜作製ができる。(4)20K程度までの試料冷却が可能である。本装置の性能試験目的で、Cu(100)上のFe垂直磁化膜、MgO(100)上のFe面内磁化膜表面の磁化曲線を測定し、短時間で高いSNで最表面磁化曲線が測定できることを実証した(Rev. Sci. instrum.(投稿中)、2008年日本物理学会24pWK-16)。
非磁性元素からなる固体で近年磁性に関心がもたれている例としてグラファイトが挙げられる。本手法を用いてHOPG試料表面の磁性計測を行い、温度に依存する反磁性的な挙動を観測した(圓谷、倉橋、山内、2008 APS March meeting, U30.00008)。

Research Products

• [Journal Article] Ab initio study of pentacene on the Fe (100) surface (2008)
  • Author(s): X. Sun, T. Suzuki, Y. Yamauchi, M. Kurahashi Z.P. Wang, S. Entani
  • Journal Title: Surface Science 602 Pages: 1191-1198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin polarization study of benzene on Fe (100) at the initial stages of multilayer growth (2008)
  • Author(s): X. Sun, Y. Yamauchi, M. Kurahashi, T. Suzuki, , Z.P. Wang, S. Entani
  • Journal Title: CHEMICAL PHYSICS LETTERS 452 Pages: 156-161
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin polarization study of benzene molecule adsorbed on Fe (100) surface with metastable-atom deexcitation spectroscopy and density functional calculations (2008)
  • Author(s): X. Sun, Y. Yamauchi, M. Kurahashi, T. Suzuki, , Z.P. Wang, S. Entani
  • Journal Title: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 111 Pages: 15289-15298
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low energy secondary electrons ejected by metastable helium (He^*) beam : Observation of He^* spin dependence (2007)
  • Author(s): Mitsunori Kurahashi, Yasushi Yamauchi
  • Journal Title: Surface Science 601 Pages: 1371-1376
• [Journal Article] Magnetization measurement of Pd(100) using a spin-polarized metastbale He beam and an electromagnet of 1.8 kOe / Magnetization measurement of Pd(100) using a spin-polarized metastbale He beam and an electromagnet of 1.8 kOe (2007)
  • Author(s): M.Kurahashi, X.Sun, Y.Yamauchi
  • Journal Title: Joumanal of Magnetism and Magnetic Materials 310 Pages: 2180-2182
• [Journal Article] Spin polarization study of CO molecules adsorbed on Fe(110) using metastable-atom deexcitation spectroscopy and First principles (2007)
  • Author(s): X.Sun, S.Forster, Q.X.Li, M.Kurahashi, T.Suzuki, J.W.Zhang, Y.Yamauchi, G.Baum, H.Steidl
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B 75(3)
• [Journal Article] Magnetization hysteresis loop measurement with a spin-polarized metastable He beam and an electromagnet of 1.8 kOe (2006)
  • Author(s): Mitsunori Kurahashi, Yasushi Yamauchi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments 77 Pages: 23904-23904
• [Presentation] 準安定He原子線によるHOPG表面のスピン偏極測定 (2008)
  • Author(s): 圓谷志郎, 倉橋光紀, 二森茂樹, 伊藤真二, 山内 泰
  • Organizer: 日本応用物理学会
  • Place of Presentation: 日本大学
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] C_6H_6/Fe(100)の多層吸着移行段階におけるスピン偏極 (2008)
  • Author(s): 山内 泰, 孫霞, 倉橋光紀, 鈴木 拓, 王 中平, 圓谷志郎
  • Organizer: 日本応用物理学会
  • Place of Presentation: 日本大学
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] 偏極準安定原子ビームによる5T強磁場下最表面磁性計測 (2008)
  • Author(s): 倉橋光紀、圓谷志郎、山内泰
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2008-03-24
• [Presentation] 鉄(100)表面に吸着したベンゼンのスピン偏極 (2008)
  • Author(s): 山内泰, 孫霞, 倉橋光紀, 鈴木拓B, 王中平, 圓谷志郎
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2008-03-24
• [Presentation] Magnetization measurement of highly oriented pyrolytic graphite surface with a spin-polarized metastable helium beam (2008)
  • Author(s): S. Entani, M. Kurahashi, Y. Yamauchi
  • Organizer: 2008 APS March Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans(アメリカ)
  • Year and Date: 2008-03-13
• [Presentation] 5テスラ強磁場下での偏極準安定原子ビームによる表面磁化計測 (2007)
  • Author(s): 倉橋光紀、山内泰
  • Organizer: 日本表面科学会
  • Place of Presentation: 東京大学生産研究所
  • Year and Date: 2007-11-02
• [Presentation] Xe/Fe(100)のスピン偏極準安定脱励起分光 (2007)
  • Author(s): 山内 泰, 孫霞, 倉橋光紀, 鈴木 拓, 王 中平, 圓谷志郎
  • Organizer: 日本応用物理学会
  • Place of Presentation: 日本大学
  • Year and Date: 2007-09-05