角度依存X線二色性分光による磁性薄膜・多層膜の磁気異方性と軌道状態に関する研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K17696
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 芝田 悟朗 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20747026)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 磁気異方性 / 薄膜 / 強磁性体 / X線磁気円二色性 / 遷移金属化合物 / 電子軌道 / 軌道磁気モーメント

Outline of Annual Research Achievements

・角度依存XMCD装置の改良として、試料マニピュレータの輻射シールドの改良、試料マニピュレータを上下から押さえる機構の作製、およびチャンバ内の試料電流計測線の同軸信号線への変更、を行った。これらを通じ、測定信号に見られていた機械的および電磁的ノイズを減少させることに成功した。さらに、フーリエ変換を使用することによって、時間的に変化する信号から左右円偏光の切り替えに由来する信号だけを精度よく抽出する手法を見出した。これにより、S/N比の改善およびXMCDのバックグラウンドの抑制が可能であることが明らかになった。
・マグネタイトFe3O4薄膜において、長年その機構の詳細が明らかになっていないVerwey転移と呼ばれる電荷・軌道秩序を伴う相転移の機構解明につなげるべく、角度依存XMCD実験による電子軌道状態の観測を試みた。前述の装置および解析法の改良により、軌道磁気モーメントの異方性およびXMCDスペクトルのわずかな異方性を従来よりも高い精度で求めることができた。
・磁壁移動を利用した磁気記録デバイスとしての応用が期待されるCo超薄膜/重元素金属（Pt, W等）多層膜のXMCD実験を行った。その結果、Coの軌道磁気モーメントの異方性と、界面でのジャロシンスキー守谷相互作用（磁壁の形成に関与する相互作用）の大きさ・符号との間に相関が見られることが分かった。
・強磁性体と半導体の双方の性質をもつ材料の実現を目的として作製された、半導体Geに磁性元素Mnを少量ドープした系のXMCD実験を行った。その結果、Mn濃度の揺らぎに由来して強磁性成分と常磁性成分が共存していることが明らかになり、磁気抵抗測定の結果と矛盾しない結果が得られた。
・LSMO薄膜の角度依存XMCDの追測定を行い、磁性元素の電子軌道の形状が基板応力によって影響を受けるとする昨年度の結果の再現性を確かめた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度行った装置改良および解析法の改良によって、よりバックグランドを低減しS/N比を改善した質の良いXMCDのデータが得られるようになってきている。実際に、【研究実績の概要】で述べた通り、Fe3O4薄膜やCo/重金属多層膜のXMCDでは、これまでの測定ではっきりと見えていなかった軌道磁気モーメントの異方性やスペクトル形状の異方性をより精度よく測定できるようになってきている。これらのことから、測定・解析ともにおおむね順調であると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、磁気異方性を示す他の強磁性体について角度依存XMCDの実験を行い、磁気異方性、軌道磁気モーメントの異方性ならびにスピン密度分布の異方性との関係性を引き続き明らかにしていく。対象とする磁性体として、重金属なしに垂直磁気異方性を示す磁性材料であるスピネルフェライトCoFe2O4薄膜や逆ペロブスカイト型化合物Mn4N薄膜、またスピン軌道相互作用の影響がより顕著に観測されると期待される4d元素系のSrRuO3薄膜、等を検討している。特にCoFe2O4薄膜のように複数の磁性元素を含む系に対しては、XMCDの元素選択性を用いることで、各元素からの磁気異方性への寄与を明らかにすることができると期待している。また、本年度に行った装置改良および解析法の改良により、SrRuO3などよりX線吸収シグナルの小さい試料に対しても精度の良い測定が行えるようになると期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックスプランク固体化学物理学研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: マックスプランク固体化学物理学研究所
• [Journal Article] Origin of the large positive magnetoresistance of Ge1-xMnx granular thin films (2017)
  • Author(s): Y. K. Wakabayashi, R. Akiyama, Y. Takeda, M. Horio, G. Shibata, S. Sakamoto, Y. Ban, Y. Saitoh, H. Yamagami, A. Fujimori, M. Tanaka, and S. Ohya
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 95 Pages: 014417--1-6
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.014417
  • Peer Reviewed
• [Presentation] La1－xSrxMnO3薄膜のスピン分布異方性の基板応力効果：角度依存XMCDによる研究 (2017)
  • Author(s): 芝田悟朗, 北村未歩, 簔原誠人, 坂本祥哉, 野中洋亮, 池田啓祐, 池震棟, 組頭広志, 小出常晴, 藤森淳
  • Organizer: 日本物理学会第72 回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] ステップ基板上に作製したマグネタイトFe3O4の磁場方向依存XAS, XMCDの温度変化 (2017)
  • Author(s): 野中洋亮, C. F. Chang, 芝田悟朗, X. Liu, 坂本祥哉, 池田啓祐, 池震棟, 田中新, 酒巻真粧子, 雨宮健太, L. H. Tjeng, 藤森淳
  • Organizer: 日本物理学会第72 回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Orbital moment anisotropy in Co-heavy metal heterostructures studied by x-ray magnetic circular dichroism (2017)
  • Author(s): Z. Chi, G. Shibata, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ikeda, M. Sakamaki, K. Amemiya, M. Hayashi, and A. Fujimori
  • Organizer: 日本物理学会第72 回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] X線磁気円二色性によるL10秩序型FePt薄膜の磁気異方性の研究 (2017)
  • Author(s): 池田啓祐，芝田悟朗，関剛斎，石上啓介，堀尾眞史，坂本祥哉，野中洋亮，酒巻真粧子，雨宮健太，河村直己，鈴木基寛，高梨弘毅，藤森淳
  • Organizer: 第64回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [Presentation] 角度依存XMCDの精密測定で探るFe3O4の複素軌道秩序 (2017)
  • Author(s): 野中洋亮, C. F. Chang, 芝田悟朗, X. H. Liu, 坂本祥哉, 池田啓祐, 池震棟, 田中新, 酒巻真粧子, 雨宮健太, L. H. Tjeng, 藤森淳
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-15
• [Presentation] ARPESとXMCDで調べるSr2VFeAsO3-δにおける強磁性と超伝導の共存 (2017)
  • Author(s): 堀尾眞史, 岡崎浩三, 竹田幸治, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 石上啓介, 芝田悟朗, 高橋文雄, 若林勇希, 坂本祥哉, 野中洋亮, 池田啓祐, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, 小野寛太, 小出常晴, 斎藤祐児, 山上浩志, 藤森伸一, 並木宏允, 片桐隆雄, 笹川崇男, 藤森淳
  • Organizer: 第8回低温センター研究交流会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-02-23 – 2017-02-23
• [Presentation] 角度依存X 線磁気円二色性によるLa1－xSrxMnO3 薄膜の磁気異方性と電子分布異方性の観測 (2017)
  • Author(s): 芝田悟朗，北村未歩，簔原誠人，吉松公平，門野利治，石上啓介，原野貴幸，高橋文雄，坂本祥哉，野中洋亮，池田啓祐，池震棟，古瀬充穂，淵野修一郎，岡野眞，藤平潤一，内田公，渡邊和訓，藤平秀幸，藤平誠一，組頭広志，小出常晴，藤森淳
  • Organizer: 第8回低温センター研究交流会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-02-23 – 2017-02-23
• [Presentation] Origin of the large magnetoresistance in Ge1－xMnx granular thin films (2017)
  • Author(s): 若林勇希, 秋山了太, 竹田幸治, 堀尾眞史, 芝田悟朗, 坂本祥哉, 伴芳祐, 斎藤祐児, 山上浩志, 藤森淳, 田中雅明, 大矢忍
  • Organizer: 第8回低温センター研究交流会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-02-23 – 2017-02-23
• [Presentation] Search for complex orbital order in magnetite Fe3O4 by magnetic-field-direction dependent XAS and XMCD measurements (2017)
  • Author(s): Y. Nonaka, C. F. Chang, G. Shibata, X. Liu, S. Sakamoto, K. Ikeda, Z. Chi, A. Tanaka, M. Sakamaki, K. Amemiya, L. H. Tjeng, and A. Fujimori
  • Organizer: 17th Korea-Taiwan-Japan Workshop on Strongly Correlated Electron System
  • Place of Presentation: Yongpyong (Korea)
  • Year and Date: 2017-02-19 – 2017-02-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Angle-dependent XMCD study of magnetite Fe3O4 (2017)
  • Author(s): Y. Nonaka, C. F. Chang, G. Shibata, X. Liu, S. Sakamoto, K. Ikeda, Z. Chi, A. Tanaka, M. Sakamaki, K. Amemiya, L. H. Tjeng, and A. Fujimori
  • Organizer: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-01-18 – 2017-01-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Origin of enhanced magnetization in cobalt-substituted bismuth ferrite studied by x-ray magnetic circular dichroism (2017)
  • Author(s): Z. Chi, G. Shibata, R. Kawabe, Y. Takeda, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ikeda, Y. K. Wakabayashi, R. Nakane, H. Hojo, M. Azuma, and A. Fujimori
  • Organizer: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-01-18 – 2017-01-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anisotropy of spin-density distribution in La1－xSrxMnO3 thin films: Angledependent XMCD study (2017)
  • Author(s): G. Shibata, M. Kitamura, M. Minohara, K. Yoshimatsu, T. Kadono, K. Ishigami, T. Harano, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ikeda, Z. Chi, J.-i. Fujihira, A. Uchida, K. Watanabe, H. Fujihira, S. Fujihira, M. Furuse, S. Fuchino, M. Okano, H. Kumigashira, T. Koide, and A. Fujimori
  • Organizer: DMREF-FCMP Symposium on Mott Transitions and Computational Approaches
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-01-17 – 2017-01-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Angle-dependent XMCD study of magnetite Fe3O4 (2017)
  • Author(s): Y. Nonaka, C. F. Chang, G. Shibata, X. Liu, S. Sakamoto, K. Ikeda, Z. Chi, A. Tanaka, M. Sakamaki, K. Amemiya, L. H. Tjeng, and A. Fujimori
  • Organizer: DMREF-FCMP Symposium on Mott Transitions and Computational Approaches
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-01-17 – 2017-01-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic moment anisotropies of L10-ordered FePt films studied by x-ray magnetic circular dichroism (2017)
  • Author(s): K. Ikeda, G. Shibata, T. Seki, K. Ishigami, S. Sakamoto, Y. Nonaka, M. Sakamaki, K. Amemiya, N. Kawamura, M. Suzuki, K. Takanashi, and A. Fujimori
  • Organizer: DMREF-FCMP Symposium on Mott Transitions and Computational Approaches
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-01-17 – 2017-01-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Origin of enhanced magnetization in cobalt-substituted bismuth ferrite studied by x-ray magnetic circular dichroism (2017)
  • Author(s): Z. Chi, G. Shibata, R. Kawabe, Y. Takeda, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ikeda, Y. K. Wakabayashi, R. Nakane, H. Hojo, M. Azuma, and A. Fujimori
  • Organizer: DMREF-FCMP Symposium on Mott Transitions and Computational Approaches
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-01-17 – 2017-01-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペロブスカイト酸化物LaNiO3/LaMnO3へテロ構造における界面強磁性の起源解明 (2017)
  • Author(s): 北村未歩，堀場弘司，小林正起，坂井延寿，簔原誠人，湯川龍，三橋太一，雨宮健太，野中洋亮，芝田悟朗，藤森淳，藤岡洋，組頭広志
  • Organizer: 第30 回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] ペロブスカイト酸化物LaNiO3/LaMnO3 へテロ界面における界面強磁性の発現 (2016)
  • Author(s): 北村未歩, 堀場弘司, 小林正起, 坂井延寿, 簔原誠人, 湯川龍, 三橋太一, 雨宮健太, 藤森淳, 藤岡洋, 組頭広志, 野中洋亮, 芝田悟朗
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Electronic structure of the p-type ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb (2016)
  • Author(s): S. Sakamoto, N. T. Tu, Y. Takeda, S.-i. Fujimori, P. N. Hai, L. D. Anh, Y. K. Wakabayashi, G. Shibata, M. Horio, K. Ikeda, Y. Saitoh, H. Yamagami, M. Tanaka, and A. Fujimori
  • Organizer: 第77 回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Origin of the large magnetoresistance in Ge1－xMnx granular thin films (2016)
  • Author(s): Y. K. Wakabayashi, R. Akiyama, Y. Takeda, M. Horio, G. Shibata, S. Sakamoto, Y. Ban, Y. Saitoh, H. Yamagami, A. Fujimori, M. Tanaka, and S. Ohya
  • Organizer: 第77 回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Pt L2,3端XMCD により観測したL10秩序型FePt 薄膜の磁気モーメントの異方性 (2016)
  • Author(s): 池田啓祐，芝田悟朗，関剛斎，石上啓介，堀尾眞史，坂本祥哉，野中洋亮，河村直己，鈴木基寛，高梨弘毅，藤森淳
  • Organizer: 第77 回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Origin of the large positive magnetoresistance in Ge1－xMnx granular films (2016)
  • Author(s): Y. K. Wakabayashi, R. Akiyama, Y. Takeda, M. Horio, G. Shibata, S. Sakamoto, Y. Ban, Y. Saitoh, H. Yamagami, A. Fujimori, M. Tanaka, and S. Ohya
  • Organizer: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-08-08 – 2016-08-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-ray magnetic circular dichroism and cluster-model analysis of the spinel-type vanadate CoV2O4 (2016)
  • Author(s): Y. Nonaka, G. Shibata, R. Koborinai, K. Ishigami, S. Sakamoto, K. Ikeda, Z. Chi, T. Koide, A. Tanaka, T. Katsufuji, and A. Fujimori
  • Organizer: International Symposium on New Horizons in Condensed Mater Physics
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-06-18 – 2016-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東京大学理学系研究科物理学専攻 藤森研究室
  • URL: http://wyvern.phys.s.u-tokyo.ac.jp/