Research for the magnetic and electronic states of the quaternary Heusler alloys with high spin polarization

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14370
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 梅津 理恵 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60422086)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ホイスラー合金 / ハーフメタル型電子状態 / 原子配列 / 磁気モーメント / 粉末中性子回折

Outline of Annual Research Achievements

ハーフメタル型電子状態を有する4元系ホイスラー合金の探索研究という意味においては、CoVMnAlとCrTiVAlの2種の多結晶試料を作製し、基本的な性質を調べた。CoVMnAlついては中性子粉末回折測定を行い、CoとMnが完全に不規則配列をしたL21型構造を示すことが明らかになった。今までのX線回折測定の結果では、Co, V, Mn,およびAlがそれぞれ異なるサイトに完全に規則化した、LiMgPdSn型規則構造が平衡状態であると考えられていたが、実際に得られた試料の原子配列はそれとは異なっていることが明らかになった。結論された配列を基にコヒーレンとポテンシャルを用いた第一原理計算を行ってトータルエネルギーを計算したところ、LiMgPdSn型構造の方が基底状態ではエネルギーが低いが、L21型構造とのエネルギー差は56 meV/cellであり、数百℃の有限温度では逆転し得る程度の僅かな差であることが判った。
CrTiVAlについては、多結晶試料を作製して示差走査熱量計(DSC)を用いて熱分析を行ったところ、920℃において2次の変態と思われる兆候が観測された。低温における磁化曲線では磁場に対して直線的な変化を示し、温度に対して増加する傾向が見られたので、基底状態では反強磁性であると考えられるが、その変態がネール温度なのか、規則ー不規則相変態温度であるのかは、本研究では明らかにされなかった。
また、本研究期間においてハーフメタル型強磁性体やフェリ磁性体の電子状態を直接的に観測する研究は大いに進展した。Mn2VAl、Co2MnSiの単結晶試料を作製し、SPring-8にてX線吸収分光測定や磁場中共鳴非弾性X線散乱測定を行い、これらの磁気円二色性を調べた。第一原理計算によるスペクトルと比較し、ハーフメタル型電子状態を仮定した際の計算結果が実験スペクトルをよく再現していることが判った。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Nat. Univ. Science and Technology(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: Nat. Univ. Science and Technology
• [Journal Article] Pressure effect on magnetic properties of half-metallic Heusler alloy Co2TiSn (2018)
  • Author(s): I. Shigeta, Y. Fujimoto, R. Ooka, Y. Nishisako, M. Tsujikawa, R.Y. Umetsu, A. Nomura, K. Yubuta, Y. Miura, T. Kanomata, M. Shirai, J. Gouchi, Y. Uwatoko, and M. Hiroi
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 97 Pages: 104414 (1-8)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.104414
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn2VAl probed by soft x-ray spectroscopies (2018)
  • Author(s): K. Nagai, H. Fujiwara, H. Aratani, S. Fujioka, H. Yomosa, Y. Nakatani, T. Kiss, A. Sekiyama, F. Kuroda, H. Fujii, T. Oguchi, A. Tanaka, J. Miyawaki, Y. Harada, Y. Takeda, Y. Saitoh, S. Suga, and R.Y. Umetsu
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 97 Pages: 035143 (1-8)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.035143
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature dependences of the electrical resistivity on the Heusler alloy system Ni2MnGa1-xFex (2017)
  • Author(s): Y. Adachi, Y. Ogi, N. Kobayashi, Y. Hayasaka, T. Kanomata, Rie Y. Umetsu, X. Xu and R. Kainuma
  • Journal Title: Metals Volume: 7 Pages: 413 (1-8)
  • DOI: 10.3390/met7100413
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evidence of the change in the density of states during the martensitic transformation of Ni-Mn-In metamagnetic shape memory alloys (2017)
  • Author(s): R.Y. Umetsu, X. Xu, W. Ito and R. Kainuma
  • Journal Title: Metals Volume: 7 Pages: 414 (1-8)
  • DOI: 10.3390/met7100414
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High Field X-ray diffraction study for Ni46.4Mn38.8In12.8Co2.0 metamagnetic shape memory film (2017)
  • Author(s): Y. Mitsui, K. Koyama, M. Ohtsuka, R.Y. Umetsu, R. Kainuma, and K. Watanabe
  • Journal Title: Metals Volume: 7 Pages: 364 (1-9)
  • DOI: 10.3390/met7090364
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 磁場中軟X線共鳴発光分光によるハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの電子構造研究 (2018)
  • Author(s): 藤原秀紀, 梅津理恵, 永井浩大, 中谷泰博, 川田萌樹, 関山明, 黒田文彬, 藤井将, 小口多美夫, 原田慈久, 宮脇淳, 菅滋正
  • 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
• [Presentation] Pd基ホイスラー合金PdMnSnの相転移温度の圧力効果 (2018)
  • Author(s): 福本拓実、安達 義也、相澤直輝、鹿又武、梅津理恵、宍戸統悦、小原和夫、許キョウ、貝沼亮介
  • Organizer: 日本金属学会2018年春期講演大会（第162回）
• [Presentation] Atomic configuration and magnetic properties of Co- and Mn-based Heusler alloys (2017)
  • Author(s): R.Y. Umetsu
  • Organizer: Frontiers in Materials Processing Applications, Research and Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effect of annealing temperature on the degree of order and magnetic properties of CoVMnAl alloy (2017)
  • Author(s): R.Y. Umetsu, K. Saito, K. Ono, T. Ishigaki
  • Organizer: Yamada Science Foundation, Junjiro Kanamori Memorial International Symposium, New Horizon of Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anisotropic Magnetic Properties and Cr Substitution Effects on the Curie Temperature of MnAlGe Layered Compounds (2017)
  • Author(s): R.Y. Umetsu, Y. Mitsui, J. Xia, H. Katsui, Y. Nozaki, I. Yuitoo, T. Takeuchi, T. Taniyama, H. Kawarada
  • Organizer: 2nd International Symposium on Creation of Life Innovation Materials for Interdisciplinary and International Researcher Development (iLIM-2)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Atomic configuration and magnetic properties of CoVMnAl alloy (2017)
  • Author(s): R.Y. Umetsu, K. Saito, K. Ono, T. Ishigaki
  • Organizer: 62nd Annunal Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Co2NbSn1-xGaxの磁化と相転移温度の圧力効果 (2017)
  • Author(s): 小木雄貴、安達義也、佐々木達治、鹿又武、梅津理恵、湯蓋邦夫、許キョウ、貝沼亮介、郷地順、上床美也
  • Organizer: 日本金属学会2017 年秋期講演大会（第161回）
• [Presentation] Co 基ホイスラー合金の相安定性と特異なマルテンサイト変態（基調講演） (2017)
  • Author(s): 貝沼亮介、許皛、梅津理恵
  • Organizer: 日本金属学会2017 年秋期講演大会（第161回）
• [Presentation] 円偏光放射光分光を用いたホイスラー型高スピン偏極材料の電子状態の研究（基調講演） (2017)
  • Author(s): 梅津理恵、藤原秀紀、宮脇淳、菅滋正
  • Organizer: 日本金属学会2017 年秋期講演大会（第161回）
• [Presentation] 強磁性ホイスラー合金 Mn2VAl の中性子回折 (2017)
  • Author(s): 小野寛太、斉藤耕太郎、梅津理恵、土屋朋生、窪田崇秀、大原高志、中尾朗子、高梨弘毅
  • Organizer: 日本金属学会2017 年秋期講演大会（第161回）
• [Presentation] 圧力下におけるCo基ホイスラー合金Co2TiGaの磁気特性 (2017)
  • Author(s): 大岡隆太郎、重田出、梅津理恵、野村明子、湯蓋邦夫、上床美也、鹿又武、廣井政彦
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] ハーフメタル型ホイスラー合金Co2TiSnの磁化の圧力効果とスピンゆらぎ理論の解析 (2017)
  • Author(s): 重田出, 大岡隆太郎, 梅津理恵, 野村明子, 湯葢邦夫, 鹿又武, 上床美也, 廣井政彦
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 高スピン分極ホイスラー合金Co2TiGa1-xSnxと超伝導体Pbのアンドレーエフ反射接合における微分コンダクタンスの温度依存性 (2017)
  • Author(s): 大岡隆太郎, 重田出, 梅津理恵, 野村明子, 湯蓋邦夫, 山内徹, 鹿又武, 廣井政彦
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会