2021 Fiscal Year Research-status Report
Relationship between magnetic anisotropy and anisotropic electronic structure studied by soft x-ray spectroscopy
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20K14416
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
芝田 悟朗 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 助教 (20747026)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁性体 / 磁気異方性 / X線分光 / 薄膜 / 層状物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性薄膜や層状磁性体は、その二次元的な結晶構造に由来して強い磁気異方性を示しうることが知られている。特に、面直方向に磁化容易軸をもつ磁性薄膜や磁性材料（垂直磁気異方性材料）は、スピントロニクスへの応用の観点からも有望であると言える。これらの磁気異方性は一般に、二次元的結晶構造に由来する電子状態の異方性によって引き起こされると考えられる。この電子状態の異方性を分光学手法によって明らかにするため、当グループで開発したベクトルマグネットX線磁気円二色性(XMCD)測定装置を用いたXMCD実験, X線磁気線二色性(XMLD)実験による磁性薄膜・層状磁性体の研究を行ってきた。
本年度は、垂直磁気異方性材料の一つである、Feを層間に挿入した層状化合物FexTaS2のXMCD実験を主に行った。これは昨年度XMCD実験を行った層状化合物FexTiS2（本年度6月に論文出版済み）の類似物質であり、FexTiS2よりもさらに強い垂直磁気異方性（保磁力数テスラ）を持つ磁性体であるという意味で特徴的な物質であると言える。XMCD実験の結果、両物質は類似の結晶構造を持つにもかかわらず、XMCDスペクトルの形状が大きく異なることが見出された。得られた両物質のXMCDスペクトルは、理論計算（クラスターモデル計算）によって概ね再現することができた。その結果によれば、スペクトル形状の違いは軽い（原子番号の小さな）遷移金属元素であるTiと、重い（原子番号の大きな）Taとの間でのスピン軌道相互作用の大きさの違いに起因することが明らかになった。このスピン軌道相互作用の大きさの違いが、両物質の垂直磁気異方性の強さに関係している可能性がある。本研究結果に基づいて、本年度日本物理学会にて発表を行った。現在論文投稿の準備も進めているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
「研究実績の概要」で述べたように、本年度は層状磁性体FexTaS2のXMCD実験について一定の成果を得たほか、前年度の実験結果の出版にもこぎつけているが、年度途中でベクトルマグネット装置の超伝導磁石に不具合（コイル本体の地絡）が生じ、その修理を行ったため、ベクトルマグネット装置を用いて行う予定であった磁場角度依存XMCD・X線磁気線二色性(XMLD)の実験が行えず、通常のXMCD実験を行うにとどまった。本年度行えなかった磁場角度依存XMCD・XMLD実験については次年度行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「研究実績の概要」で記載した層状磁性体FexTaS2、および2020年度に測定した層状マルチフェロイック磁性薄膜のFe2Mo3O8について、ベクトルマグネット装置を用いて、本年度行えなかった磁場角度依存XMCDおよびXMLD実験を次年度に行う予定である。後者のXMLD実験は既に2020年度に行っているが、スペクトルのシグナル／ノイズ比およびシグナル／バックグラウンド比の向上のため、再測定を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響で学会発表の多くがオンライン開催となったこと、特に国際学会に伴う海外出張がなかったことで旅費が当初計画を大きく下回った。また、ベクトルマグネット装置の電磁石の不具合への対応に時間を取られ、当初予定していた高額物品（ターボ分子ポンプ）の購入およびそれに伴う装置改造作業を先送りした。これについては次年度に購入する予定である。
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[Presentation] 強い垂直磁気異方性を示す層状磁性体FexTaS2のX線磁気円二色性: FexTiS2との比較2022
Author(s)
芝田悟朗, Choongjae Won, Jaewook Kim, 野中洋亮, 池田啓祐, 万宇軒, 鈴木雅弘, 小出常晴, 田中新, Sang-Wook Cheong, 齋藤智彦, 藤森淳
Organizer
日本物理学会第77回年次大会
