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Perpendicular magnetic anisotropy with enhanced orbital moments of Fe adatoms on a topological surface of Bi$$_2$$Se$$_3$$

Bi$$_2$$Se$$_3$$のトポロジカル表面上に蒸着したFe原子における増大した軌道磁気モーメントの面直磁気異方性

Ye, M.*; 黒田 健太*; 竹田 幸治  ; 斎藤 祐児 ; 岡本 和晃*; Zhu, S.-Y.*; 白井 開渡*; 宮本 幸治*; 有田 将司*; 仲武 昌史*; 奥田 太一*; 植田 義文*; 島田 賢也*; 生天目 博文*; 谷口 雅樹*; 木村 昭夫*

Ye, M.*; Kuroda, Kenta*; Takeda, Yukiharu; Saito, Yuji; Okamoto, Kazuaki*; Zhu, S.-Y.*; Shirai, Kaito*; Miyamoto, Koji*; Arita, Masashi*; Nakatake, Masashi*; Okuda, Taiichi*; Ueda, Yoshifumi*; Shimada, Kenya*; Namatame, Hirofumi*; Taniguchi, Masaki*; Kimura, Akio*

トポロジカル絶縁体に磁性元素を入れると絶縁体表面に対して垂直方向に強磁性が発現するという理論研究があり、その実現は新しいスピントロにクス技術への足がかりになるものと期待されている。本研究では、トポロジカル絶縁体Bi$$_2$$Se$$_3$$の表面にFeを蒸着し、その磁性をFe L$$_{2,3}$$吸収端における軟X線磁気円二色性で、電子状態を角度分解光電子分光を用いて調べた。磁気円二色性実験ではFeの膜厚依存性、試料表面に対する角度依存性測定も行った。その結果、いずれのFe膜厚(0.013-0.9ML)においても強磁性発現は確認できなかったものの、試料表面に垂直方向に磁気モーメントが向く強い磁気異方性を持った常磁性状態が確認された。また軌道磁気モーメントがFe膜厚の小さい試料において増大し、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの比率が強い膜厚依存性を示すこともわかった。この結果はトポロジカル絶縁体に対する磁性元素の量を調節することにより、磁性及び量子輸送現象を制御できる可能性を示すものである。

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分野:Physics, Condensed Matter

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