共鳴軟Ｘ線コヒーレント回折法が拓く新しいドメイン構造物性研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25286090
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 中尾 裕則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (70321536)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: コヒーレント回折 / 共鳴X線散乱 / ドメイン / 外場応答 / 構造物性

研究概要

本研究課題では、強相関電子系の巨大応答現象の背後に存在すると期待されている相分離・２相共存といったドメインの応答状態を、共鳴軟Ｘ線コヒーレント回折法により観測する手法の確立を目指す。さらに、確立された手法を適用し、マンガン酸化物系の巨大磁気抵抗効果などの巨大応答機構を微視的に解明することを目指している。Ｈ２５年度は、軟 X 線ビームラインでのコヒーレント X 線切り出しを行うための、超小型４象限スリットの製作を行った。特に、試料近傍に設置するためのスリットの小型化を目指して、スリット内部の機構の改良を行った結果、当初より30%程度小型化することに成功した。今後のコヒーレントＸ線切り出し実験で威力を発揮することが期待される。一方、遷移金属酸化物における共鳴軟Ｘ線散乱実験を進め、Co酸化物では、単に共鳴磁気散乱を観測しただけでなく、観測されたエネルギースペクトルから、磁気構造を担っているコバルトの価数、スピン状態を決定することに成功した。さらに、クラスター計算を行うことで、スピンと軌道磁気モーメントの大きさの評価にも成功した。結果、共鳴散乱のエネルギースペクトルの理論的な解釈が進み、今後の磁気ドメイン観測につながるものと期待できる。また、人工超格子にすることで初めて出現する巨大磁気抵抗効果が報告されている(LaMnO3)m(SrMnO3)mでの共鳴散乱実験を行い、中性子磁気散乱が難しい薄膜での磁気構造の決定にも成功した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、本研究経費で開発する超小型４象限スリットを利用したコヒーレントＸ線の切り出しを行い、既存の共鳴軟Ｘ線回折装置群を利用したコヒーレントＸ線実験を実施する。特に、真空槽内の試料近傍に精度の高い4象限スリットを製作・設置することで、フレネル領域のコヒーレント光を切り出すことを目指した。また、４象限スリットを試料近傍に近づけると試料側の冷凍機の構造体との干渉問題もあり、可能な限り小型の４象限スリットを製作することで、各回折装置内で駆動軸の可動範囲の制限が緩和し、試料ごとに異なる測定Ｑ領域での実験の自由度の確保が必要となっている。このような背景のもと、可能な限り小型の４象限スリットの製作に重点をおいた。まず、複数業者と設計のやり取りし小型化に適した業者を選定するとともに、スリット内部の機構の改良を重ねた。結果、当初より30%程度小型化した４象限スリットの製作が可能となり、今後より自由度の高いコヒーレントＸ線回折実験が期待できる。

今後の研究の推進方策

既存の共鳴軟Ｘ線回折計を利用してコヒーレントＸ線回折実験を実施するために、超小型の４象限スリットを昨年度開発・製作した。しかしながら、予算的な制約のために、４象限スリット用の可動ステージの製作は見合わせた。今年度は、完成したスリットを利用してコヒーレントＸ線切り出し方法を評価や実験を進める。具体的には、確立させたコヒーレントＸ線回折の手法を具体的な系に適用し、人工超格子にすることで初めて出現する巨大磁気抵抗効果が見つかって注目を集めている(LaMnO3)m(SrMnO3)mでの共鳴軟Ｘ線散乱実験を進める。特に低温相では磁気リラクサー状態が期待されており、磁気的ドメイン状態が観測されるだけでなく、伝導性に関わっている電子状態にも注目した実験を推進する。また、これらの実験を通じて利用形態を決定し、年度末に向けて簡易的なスリット位置調整機構を製作する。

次年度の研究費の使用計画

既存の共鳴軟Ｘ線回折計を利用してコヒーレントＸ線回折実験を実施するために、超小型の４象限スリットを昨年度開発・製作した。しかしながら、予算的な制約のために、４象限スリット用の可動ステージの製作をそのまま実施することはできなかった。そこで、作成した4象限スリットを利用した実験を仮装置として実施し、利用形態を決定したうえで、簡易の位置調整機構を製作することとした。また、位置調整機構に必要となる金額をねん出するため、昨年度は可能な限り出費を抑えた。
今年度は、製作した4象限スリットを利用してコヒーレントＸ線切り出し方法を評価や実験を進める。この評価実験を通じて利用形態を決定した上で、年度末に向けて簡易的なスリット位置調整機構を製作する。

研究成果

• [雑誌論文] Antiferromagnetic Order of the Co2+ High-Spin State with a Large Orbital Angular Momentum in La1.5Ca0.5CoO4 (2014)
  • 著者名/発表者名: Jun Okamoto, Hironori Nakao, Yuichi Yamasaki, Hiroki Wadati, Arata Tanaka, Masato Kubota, Kazumasa Horigane, Youichi Murakami, and Kazuyoshi Yamada
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 044705:1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.044705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron magnetic scattering study in manganite thin film system (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, H.Yamada, A.Sawa, K.Iwasa, J.Okamoto, T.Sudayama, Y.Yamasaki, Y.Murakami
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 185 ページ: 18-20
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2014.01.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic and electronic properties of (LaMnO3)5(SrMnO3)5superlattice revealed by resonant soft X-ray scattering (2014)
  • 著者名/発表者名: Masato Kubota, Hiroyuki Yamada, Hironori Nakao, Jun Okamoto, Yuichi Yamasaki, Akihito Sawa, and Youichi Murakami
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 未定 ページ: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-state responses to light impurity substitution in low-spin perovskite LaCoO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Tomiyasu, Yuuki Kubota, Saya Shimomura, Mitsugi Onodera, Syun-Ichi Koyama, Tsutomu Nojima, Sumio Ishihara, Hironori Nakao, and Youichi Murakami
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 224409:1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.224409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-Orbital Superstructure in Strained Ferrimagnetic Perovskite Cobalt Oxide (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Fujioka, Y. Yamasaki, H. Nakao, R. Kumai, Y. Murakami, M. Nakamura, M. Kawasaki, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 111 ページ: 027206:1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.027206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin State of Co3+ in LaCo1-xRhxO3 Investigated by Structural Phenomena (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Asai, Ryuji Okazaki, Ichiro Terasaki, Yukio Yasui, Wataru Kobayashi, Akiko Nakao, Kensuke Kobayashi, Reiji Kumai, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Naoki Igawa, Akinori Hoshikawa, Toru Ishigaki, Outi Parkkima, Maarit Karppinen, and Hisao Yamauchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 114606:1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.114606
  • 査読あり
• [雑誌論文] WドープVO 2薄膜における絶縁体から金属への相変化を伴うX 線誘起構造相転移 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥山大輔，渋谷圭介，熊井玲児，山崎裕一，中尾裕則，村上洋一，田口康二郎，有馬孝尚，川崎雅司，十倉好紀
  • 雑誌名: 放射光 巻: 26(6) ページ: 309-316
  • 査読あり
• [学会発表] マンガン酸化物超格子薄膜の磁性と電子状態の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久保田正人，山田浩之，澤彰仁，中尾裕則，岡本淳，山崎裕一，村上洋一
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 磁場下共鳴軟X 線散乱による巨大磁気抵抗を示す人工超格子Mn 薄膜の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 須田山貴亮、岡本淳、山崎裕一、中尾裕則、村上洋一、久保田正人、山田浩之、澤彰仁
  • 学会等名: 第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 20140111-20140113
• [学会発表] LaCo1-xRhxO3のX線吸収分光による研究II (2013)
  • 著者名/発表者名: 須田山貴亮，山崎裕一，岡本淳，中尾裕則，村上洋一，浅井晋一郎，古田倫靖，岡崎竜二，安井幸夫，寺崎一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] La1.5Ca0.5CoO4の大きな軌道モーメントを持つCo2+高スピン状態の反強磁性秩序 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本淳，中尾裕則，山崎裕一，和達大樹，田中新，酒巻真粧子，雨宮健太，久保田正人，村上洋一，堀金和正，山田和芳
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] 巨大磁気抵抗を示す人工超格子Mn薄膜の磁場下共鳴軟X線散乱測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 須田山貴亮，岡本淳，山崎裕一，中尾裕則，村上洋一，久保田正人，山田浩之，澤彰仁
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Development of an in-vacuum diffractometer for resonant soft X-ray scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, Y. Yamasaki, J. Okamoto, T. Sudayama, Y. Takahashi, K. Kobayashi, R . K umai, and Y. Murakami
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science (LPBMS) 2013
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Soft X-ray diffractometer with a 7.5-T superconducting magnet (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, H. Nakao, Y. Yamasaki, T. Sudayama, K. Kobayashi, Y. Takahashi, M. Kubota, R. Kumai, and Y. Murakami
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science (LPBMS) 2013
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Self-absorption correction study for L-edge of 3d transition metals (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sudayama, Y. Takahashi, J. Okamoto, Y. Yamasaki, H. Nakao, Y. Murakami, S. Asai, N. Furuta, R. Okazaki, Y. Yasui, I. Terasaki
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science (LPBMS) 2013
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Electronic ordering states in strongly correlated electron systems studied by utilizing the synchrotron radiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Hironori Nakao
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari Messe, Chiba, Japan
  • 年月日: 20130714-20130719
  • 招待講演