時間・スピン・角度分解光電子分光装置の開発とスピントロニクス材料への応用

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18J22309
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 吉川 智己 広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• キーワード: スピン分解光電子分光 / 奇パリティ多極子秩序 / ホイスラー合金 / トポロジカル物質

研究実績の概要

軟X線磁気円二色性吸収分光（XMCD）によるホイスラー合金のスピン依存した状態密度の抽出
Co基ホイスラー合金は、デバイスへの応用が期待されている。最近XMCDの遷移確率を利用し、スピン依存したCo 3dの非占有状態を抽出する試みが行われた。しかし、励起先の違いによってに働く静電引力がスピン方向に依存して異なるため、スピン電子状態の抽出が行えなかった。本研究ではCo2MnGe (Ga)ホイスラー合金においてGa (Ge) L2, 3吸収端におけるXAS/XMCDを行った。さらに、XMCDスペクトルと第一原理計算による非占有側のGe (Ga)におけるd軌道のPDOSを比較した。その結果、選択則に基づいてXAS/XMCDスペクトルの計算を行ったところ、実験結果を再現した。さらにスペクトルから交換分裂を見積もり、Co 3dスペクトルにフィードバックすることによって補正込みの非占有PDOS抽出方法を提案した。
レーザー光を用いたスピン分解光電子分光装置の開発
マニピュレータの導入により、高精度な位置依存測定が可能となった。またレーザー強度が不安定であったため、原因究明を行い、それにより除震台が除震できていない可能性があることが分かった。しかしコロナ禍の影響もあり、スピン測定までは遂行できなかった。
奇パリティ秩序をもつ強相関物質の角度分解光電子分光
強相関電子系では、軌道自由度に関連する物性が重要なテーマとして議論されてきた。近年、奇パリティ多極子秩序に起因する新奇物性が注目を集めている。その舞台としてCeCoSiが挙げられる。しかし電子状態を直接観測した例はない。そこでCeCoSiの電子状態を調べるため角度分解光電子分光を行い、3次元的な電子状態、ノーダルライン形成、Co 3d軌道がEF近傍で支配的、そしてCe 4fとEF近傍のCo 3dが弱く混成していることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Kurdyumov Institute of Metal Physics(ウクライナ)
  • 国名: ウクライナ
  • 外国機関名: Kurdyumov Institute of Metal Physics
• [国際共同研究] MPI of Microstructure Physics(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: MPI of Microstructure Physics
• [国際共同研究] Johannes Kepler University(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Johannes Kepler University
• [雑誌論文] Emergence of low-energy electronic states in oxygen-controlled Mott insulator Ca2RuO4+δ (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Takeo、Iwasawa Hideaki、Yoshikawa Tomoki、Ozawa Shusuke、Oda Hironoshin、Muro Takayuki、Ogura Hiroki、Sakami Tatsuhiro、Nakamura Fumihiko、Ino Akihiro
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 326 ページ: 114180-114180
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2020.114180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co2MnGe (Ga) film via Ge (Ga) L2,3 absorption spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa T.、Antonov V. N.、Kono T.、Kakoki M.、Sumida K.、Miyamoto K.、Takeda Y.、Saitoh Y.、Goto K.、Sakuraba Y.、Hono K.、Ernst A.、Kimura A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 064428-064435
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.064428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Visualizing Half-Metallic Bulk Band Structure with Multiple Weyl Cones of the Heusler Ferromagnet (2020)
  • 著者名/発表者名: Kono Takashi、Kakoki Masaaki、Yoshikawa Tomoki、Wang Xiaoxiao、Goto Kazuki、Muro Takayuki、Umetsu Rie Y.、Kimura Akio
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 ページ: 216403-216409
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.216403
  • 査読あり
• [学会発表] フルホイスラー合金Co2MnZ (Z=Ga, Ge)薄膜の非磁性元素サイトにおける磁気円二色性スペクトル (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, V. N. Antonov, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, A. Ernst, 木村 昭夫
  • 学会等名: 第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] ホイスラー合金Co2MnGe (Ga)薄膜のGe (Ga) L2, 3端における磁気円二色性スペクトルⅡ (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, V. N. Antonov, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, A. Ernst, 木村 昭夫
  • 学会等名: 日本物理学会 2020年・秋季大会
• [備考] 多機能性強磁性合金のハーフメタル電子状態の直接観測に世界で初めて成功
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/61483