Short-range magnetic interaction in a monolayer 1-VSe film revealed by element-specific X-ray magnetic circular dichroism

元素選択的X線磁気円二色性による1-VSe単層膜の短距離磁気相互作用の解明

角田 一樹   ; 竹田 幸治   ; 日下 翔太郎*; 小林 功佳*; 平原 徹*

Sumida, Kazuki; Takeda, Yukiharu; Kusaka, Shotaro*; Kobayashi, Katsuyoshi*; Hirahara, Toru*

二次元強磁性体候補物質である単層1-VSe薄膜の磁気特性を、元素選択的磁気プローブであるX線磁気円二色性(XMCD)を用いて調べた。高分解能測定を行うことで、外部磁場下において原子レベルの薄さの1-VSe薄膜から明確なXMCDシグナルを検出することに成功した。X線の入射角度を操作することで、面内と面外の磁気特性を分離し、強い磁気異方性を見出すことができた。さらに、磁場と温度に依存したXMCD測定により、6Kでも長距離強磁性秩序は存在せず、隣接するバナジウムイオン間の短距離強磁性・反強磁性相互作用が存在することが明らかになった。このような低温での磁気挙動は、単層1-VSeが強磁性になりかけていることを意味しており、VSe系ヘテロ構造で報告されている近接効果誘起強磁性の説明となる。

We investigated the intrinsic magnetic properties of the two-dimensional ferromagnetic candidate monolayer 1-VSe films using X-ray magnetic circular dichroism (XMCD), an element-specific magnetic probe. By performing high-resolution measurements, we succeeded in detecting a clear XMCD signal from the atomically thin 1-VSe films under an external magnetic field. Through manipulation of the X-ray incidence angle, we were able to disentangle the in-plane and out-of-plane magnetic properties and found a strong magnetic anisotropy. Moreover, magnetic field- and temperature-dependent XMCD revealed that there is no long-range ferromagnetic ordering even at 6 K, but short-range ferromagnetic and antiferromagnetic interactions between neighboring vanadium ions exist. Such low-temperature magnetic behavior signifies that the monolayer 1-VSe is on the verge of ferromagnetism, and this fact accounts for the reported ferromagnetism in VSe-based heterostructures.