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Grazing-incidence synchrotron-radiation $$^{57}$$Fe-M$"o$ssbauer spectroscopy using a nuclear Bragg monochromator and its application to the study of magnetic thin films

核モノクロメーターによる斜入射放射光メスバウアー分光の開発と磁性薄膜研究への応用

三井 隆也; 増田 亮*; 瀬戸 誠; Suharyadi, E.*; 壬生 攻*

Mitsui, Takaya; Masuda, Ryo*; Seto, Makoto; Suharyadi, E.*; Mibu, Ko*

メスバウアー分光を単結晶基板上のナノ構造体に適用する場合、RI線源による従来のメスバウアー分光では低温測定や磁場・電場中等の実験環境に対する制約が多く、低プローブ濃度試料の測定などは困難である。それを補う手法として全反射配置の測定が有望視され、基礎的研究が数多く実施されてきたが、指向性の全くないRI線源では強度が得られず、実用化されなかった。最近、われわれは、$$^{57}$$Feを富化した反強磁性体完全単結晶を用いることで、放射光からRI線源の10万倍以上の輝度を有する高輝度メスバウアービームの生成に成功した。本ビームを全反射メスバウアー分光に適用すれば、ナノ材料の局所分析技術を格段に発展させることができる。われわれは、高輝度メスバウアービームを利用して、$$^{57}$$Feを90%富化した場合と自然鉄($$^{57}$$Fe:2%)で製作した場合の鉄薄膜の全反射スペクトル特性を調べることで電子散乱と核共鳴散乱及び許容な核遷移間の干渉効果がスペクトル形状に与える影響を明らかにした。本論文では、上記の実験に加え、同位体置換法を併用した磁性薄膜の表面界面の単原子層レベルでの磁気構造解析法について述べる。

An energy-domain grazing-incidence $$^{57}$$Fe-M$"o$ssbauer spectroscopy(E-GIMS) with synchrotron radiation (SR) has been developed to studysurface and interface structures of thin films. A high-brilliant $$^{57}$$Fe-M$"o$ssbauer radiation, filtered from SR by a $$^{57}$$FeBO$$_{3}$$ single crystal nuclear Bragg monochromator (NBM), allows us to perform the conventional M$"o$ssbauer spectroscopy (MS) for the dilute $$^{57}$$Fe in a mirror-like film in any bunch-mode operation of SR. Theoretical and experimental study of the specular reflections from isotope-enriched ($$^{57}$$Fe: 95%) and natural-abundance ($$^{57}$$Fe: $$sim$$2%) iron thin films has been carried out to clarify the basic features of coherent interference between electronic and nuclear resonant scattering of $$^{57}$$Fe-Mo"ssbauer radiation in thin films. Moreover, a new surface and interface sensitive method has been developed by the combination of SR based E-GIMS and $$^{57}$$Fe-probe layer technique, which enables us to probe interfacial complex magnetic structures in thin film with atomic-scale depth resolution.

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