Depth-resolved XMCD study on single- and bi-layer graphene / Ni structure

単層,二層グラフェン/Ni構造の深さ分解XMCD測定

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

グラフェン-金属間の相互作用は、グラフェンのデバイス応用を実現するうえでの基礎的・技術的な観点から非常に興味深い。本研究では、グラフェン/強磁性金属界面の電子スピン状態を明らかにするため、Ni(111)面上に超高真空化学気相成長法により作成した単層グラフェン(SLG)構造について、深さ分解X線吸収(XAS)と磁気円二色性(XMCD)分光を用いた分光解析を行った。結果として、SLG由来の強いXMCD信号の検出に成功した。これは、Ni磁化によりSLG中にスピン偏極が誘起されていることを示唆する結果である。さらに、XMCD信号強度が検出深さに依存して大きく変化することも明らかとなった。Niの場合、界面に近いNi原子層の磁気モーメントが、試料内部のNi原子層の磁気モーメントと比べ2-3割減少していることが明らかとなった。これはC-Ni結合が形成されることで界面近くのNi原子層の磁気状態が大きく変化したことによるものと考えられる。

The interaction of graphene with a metal is of both fundamental and technological interest in view of possible device applications. In the present study, depth-resolved X-ray absorption spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy have been applied to the single layer graphene (SLG) grown on the Ni(111) substrate by ultrahigh vacuum chemical vapor deposition method to clear the electronic and spin states in the graphene/ferromagnetic metal interface. As a results, the intense XMCD signal derived from SLG is successfully detected, which indicates that the spin polarization in SLG is induced by Ni magnetization. And it is also found that the observed XMCD intensity is drastically changed depending on the probing depth. As for the Ni layer, the magnetization of the Ni atoms near the interface is decreased by 20-30% than that of Ni atoms far from the interface. This is considered that the magnetic structures of Ni atoms are changed by the formation of C-Ni bond.