Magnetic structure of spin-density waves in Cr(001)/Sn multilayers with periodic monatomic spacer layers of nonmagnetic Sn

単原子Sn非磁性層を周期的に挿入したCr(001)/Sn多層膜のスピン密度波構造

武田 全康  ; 壬生 攻*; 新庄 輝也*; 遠藤 康夫*; 鈴木 淳市

Takeda, Masayasu; Mibu, Ko*; Shinjo, Teruya*; Endo, Yasuo*; Suzuki, Junichi

中性子回折とメスバウアー分光を使って単原子層の非磁性Snを周期的に挿入したCr(001)/Sn多層膜のCrのスピン密度波(SDW)の構造について詳細に調べた。240nmの厚さのCr薄膜を基本構造として、全体の層厚を240nmに保ったまま、Sn層にはさまれたCr層の厚さを4.0nmから16.0nmになるように試料を作成した。すべての試料で、300KではバルクのCrで見られるSDW構造が観測されずに単純な反強磁性構造(CAF)を示すことがわかった。低温にすると、バルクでのSDWの波長よりも短いCr層厚を持つ4.0nmの試料では、このCAF構造はそのまま保たれているが、それよりも長いCr層厚を持つ試料では、低温でSDW構造に変わったが、その磁気構造はSn層できられたCr層の厚さによって大きく変化した。特に、Cr層厚が10.0nmの試料では温度領域によって、SDWの波長が非連続的に変化するのが観測された。これは、SDWを作ろうとするフェルミ面のネスティング効果で決まる波長とSnを挿入したことで導入された人工的な周期ポテンシャルによる競合の結果であると解釈される。

Detailed magnetic structure of spin-density waves (SDWs) in epitaxial Cr(001)/Sn multilayer was investigated by neutron scattering combined with Mssbauer spectroscopic studies. Monatomic Sn layers were embedded in 240 nm thick Cr(001) films with varying the periodic spacing from 4.2 to 16.2 nm. All samples were revealed to be a commensurate antiferromagnetic (CAF) phase at 300 K. The CAF structures changed to incommensurate SDW states with complex waveforms whose wavelength are controlled by the artificial periodicity at low temperatures although the CAF structure in the sample with the period of 4.2 nm persisted even at 10 K. The phase transition depends on the thickness of the Cr layers intervening between Sn monatomic layers. An appreciable phase slip in the SDW was observed during the phase transition in the sample with the period of 10.2 nm. The SDW structure is discussed by taking account of the competing forces between the nesting of Fermi surface and a pinning of antinodes at the Sn monatomic layers.