Depth-resolved X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy on single- and bi-layer graphene / Ni structures

単層,二層グラフェン/Ni構造の深さ分解磁気円二色性分光

松本 吉弘; 圓谷 志郎; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 境 誠司

Matsumoto, Yoshihiro; Entani, Shiro; Otomo, Manabu; Avramov, P.; Naramoto, Hiroshi*; Amemiya, Kenta*; Sakai, Seiji

本研究では、グラフェン/磁性金属界面の電子・スピン状態を明らかにするために、Ni(111)面上に成長させた単層グラフェン構造(SLG/Ni(111))と二層グラフェン構造(BLG/Ni(111)構造)について深さ分解X線磁気円二色性(XMCD)分光手法による解析を行った。SLG/Ni(111)構造では、Ni(111)層の残留磁化方向を反転させることで明瞭な炭素K端励起XMCD信号が室温下で観測された。これはNi(111)面とSLGが接触することで、SLGの軌道にスピン偏極が誘起されていることを示している。さらに興味深い点として、BLG/Ni(111)構造では観測される炭素K端励起XMCD信号の強度が検出深さによって大きく変化することが明らかとなった。一方で、Ni L端励起XMCD測定からは、グラフェンとの界面近傍に存在する数層程度のNi原子層の磁化が、約20-30%程度減少していることが分かり、C-Ni結合形成によるものと推測された。

In the present study, the electronic and magnetic states of the graphene/FM interface are investigated for the single-layer graphene (SLG)/Ni(111) and bilayer graphene (BLG)/Ni(111) structures by using the depth-resolved X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy. For the SLG/Ni(111) structure, an intense XMCD signal was observed in the C K-edge XMCD spectrum measured by reversing the remanent magnetization of Ni(111). This indicates that spin polarization is induced in the -orbitals of SLG by the contact with Ni(111) even at room temperature. More interestingly, the BLG/Ni(111) structure is found to show the C K-edge XMCD signal whose intensity changes dramatically with the probing depth. On the other hand, the depth-resolved analysis of the Ni L-edge XMCD spectrum demonstrated that the magnetization of Ni decreases by 20-30 % within a few atomic layers from the graphene (SLG, BLG)/Ni(111) interfaces, possibly associated with the formation of C-Ni bonds.