軟X線磁気円二色性及び光電子分光による強磁性フタロシアニン分子の電子状態

Soft X-ray magnetic circular dichroism and photoemission spectroscopy study of ferromagnetic phthalocyanine

片岡 隆史*; 坂本 勇太*; 山崎 陽*; 藤森 淳; 竹田 幸治   ; 大河内 拓雄; 岡根 哲夫  ; 斎藤 祐児  ; 山上 浩志

Kataoka, Takashi*; Sakamoto, Yuta*; Yamazaki, Yo*; Fujimori, Atsushi; Takeda, Yukiharu; Okochi, Takuo; Okane, Tetsuo; Saito, Yuji; Yamagami, Hiroshi

マンガンフタロシアニン[MnPc]は低温(10K以下)において強磁性を発現することが知られており、これまで強磁性機構解明のための研究が進められてきた。われわれはMnPcの強磁性発現機構を解明するため、強磁性を示すことが確認されたMnPc多結晶に対して、軟X線磁気円二色性(XMCD)及び共鳴光電子分光(RPES)を行った。低温(7K)におけるMnPcのMn 2p-3d XMCDの磁場依存の結果では、XMCDピークの多重構造が観測される。理論計算(クラスターモデル)によるXMCD解析からMnイオンは少なくとも2+, 3+が存在する混合原子価状態であることが明らかになった。また、XMCD強度はH= 0.1Tの低磁場においても微弱ながら観測されることから、この物質における強磁性はMn, Mnイオンに起因すると考えられる。さらにMn 2p-3d RPESにより、フェルミ端近傍にMn 3d由来の状態密度が観測されたことを考慮に入れると、MnPcにおける強磁性起源として、Mn-N-Mn交換相互作用が挙げられる。当日は、反強磁性的なMn-N-Mn, Mn-N-Mn超交換相互作用の存在の可能性について、より詳細に議論する。

Recently, transition-metal phthalocyanines (Pc) have attracted great interest in many fields of science and technology because of the structural similarities to bio-molecules, their remarkable thermal stability and chemical inertness. One of the most interesting investigations of transition-metal Pc involves their magnetic properties. At low temperature (10 K), the ferromagnetism in -type polycrystals of manganese phthalocyanine (MnPc) has been reported. We have investigated the electronic structure and magnetic interaction in -type polycrystals of the MnPc using X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). The XMCD results suggest that the inter-molecular p-d hybridization occurs in the -type polycrystals of MnPc molecules. We will discuss correlation between the inter-molecular interaction and the ferromagnetic coupling in the MnPc molecules.