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論文

Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co$$_{2}$$MnGe (Ga) film via Ge (Ga) $$L_{2,3}$$ absorption spectroscopy

吉川 智己*; Antonov, V. N.*; 河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 角田 一樹; 宮本 幸治*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 後藤 一希*; 桜庭 裕弥*; et al.

Physical Review B, 102(6), p.064428_1 - 064428_7, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy were applied at the Ge (Ga) $$L_{2,3}$$ edge to unravel the spin-resolved unoccupied electronic states of Co$$_{2}$$MnGe (Ga). Complicated spectral features were observed in both XAS and XMCD spectra. For their interpretation, we compared the experimental XAS and XMCD spectra with the calculated Ge (Ga) 4$$s$$ and 4$$d$$ orbital partial density of states. The comparison enabled a qualitative explanation of the XMCD spectra as the difference between the majority and minority-spin unoccupied density of states summed over the 4$$s$$ and 4$$d$$ orbitals. Our finding provides a new approach to uncover the spin-split partial density of states above the Fermi level.

論文

Nature of the Dirac gap modulation and surface magnetic interaction in axion antiferromagnetic topological insulator MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$

Shikin, A. M.*; Estyunin, D. A.*; Klimovskikh, I. I.*; Filnov, S. O.*; Kumar, S.*; Schwier, E. F.*; 宮本 幸治*; 奥田 太一*; 木村 昭夫*; 黒田 健太*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.13226_1 - 13226_13, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

Modification of the gap at the Dirac point (DP) in axion antiferromagnetic topological insulator MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$ and its electronic and spin structure have been studied by angle- and spin-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) under laser excitation at various temperatures, light polarizations and photon energies. We have distinguished both large and reduced gaps at the DP in the ARPES dispersions, which remain open above the N$'{e}$el temperature of $$T_textrm{N}$$ = 24.5 K. We propose that the gap above $$T_textrm{N}$$ remains open due to a short-range magnetic field generated by chiral spin fluctuations. Spin-resolved ARPES, XMCD and circular dichroism ARPES measurements show a surface ferromagnetic ordering for the large gap sample and apparently significantly reduced effective magnetic moment for the reduced gap sample.

論文

Manipulation of saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films with ferrimagnetic compensation

伊藤 啓太*; 安富 陽子*; Zhu, S.*; Nurmamat, M.*; 田原 昌樹*; 都甲 薫*; 秋山 了太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 小口 多美夫*; et al.

Physical Review B, 101(10), p.104401_1 - 104401_8, 2020/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:31.73(Materials Science, Multidisciplinary)

Spintronics devices utilizing a magnetic domain wall motion have attracted increasing attention, and ferrimagentic materials with almost compensated magnetic moments are highly required to realize the fast magnetic domain wall motion. Here, we report a key function for this purpose in anti-perovskite Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films. Perpendicular magnetization emerges for $$0.8 leq x$$, and the saturation magnetization reaches a minimum value at $$x = 0.8$$.

論文

Element-specific density of states of Co$$_{2}$$MnGe revealed by resonant photoelectron spectroscopy

河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 吉川 智己*; Wang, X.*; 角田 一樹*; 宮本 幸治*; 室 隆桂之*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 後藤 一希*; et al.

Physical Review B, 100(16), p.165120_1 - 165120_6, 2019/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.22(Materials Science, Multidisciplinary)

Resonant photoelectron spectroscopy at the Co and Mn 2${it p}$ core absorption edges of half-metallic Co$$_{2}$$MnGe has been performed to determine the element-specific density of states (DOS). A significant contribution of the Mn 3${it d}$ partial DOS near the Fermi level ($$E_{F}$$) was clarified by measurement at the Mn 2${it p}$ absorption edge. Further analysis by first-principles calculation revealed that it has $$t_{2g}$$ symmetry, which must be responsible for the electrical conductivity along the line perpendicular to the film plane. The dominant normal Auger contribution observed at the Co 2${it p}$ absorption edge indicates delocalization of photoexcited Co 3${it d}$ electrons. The difference in the degrees of localization of the Mn 3${it d}$ and Co 3${it d}$ electrons in Co$$_{2}$$MnGe is explained by the first-principles calculation.

論文

Magnetic-impurity-induced modifications to ultrafast carrier dynamics in the ferromagnetic topological insulators Sb$$_{2-x}$$V$$_{x}$$Te$$_{3}$$

角田 一樹*; 鹿子木 将明*; Reimann, J.*; Nurmamat, M.*; 後藤 伸一*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Kokh, K. A.*; Tereshchenko, O. E.*; G$"u$dde, J.*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 21(9), p.093006_1 - 093006_8, 2019/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:65.14(Physics, Multidisciplinary)

We systematically investigate the magnetic, structural and electronic properties and the ultrafast carrier dynamics in a series of V-doped Sb$$_{2}$$Te$$_{3}$$ samples of composition Sb$$_{2-x}$$V$$_{x}$$Te$$_{3}$$ with x = 0, 0.015 and 0.03. Element specific X-ray magnetic circular dichroism signifies that the ferromagnetism of V-doped Sb$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is governed by the p-d hybridization between the host carrier and the magnetic dopant. Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy has revealed that the V impurity induced states underlying the topological surface state (TSS) add scattering channels that significantly shorten the duration of transient surface electrons down to 100 fs scale. This is in a sharp contrast to the prolonged duration reported for pristine samples though the TSS is located inside the bulk energy gap of the host in either magnetic or non-magnetic cases. It implies the presence of a mobility gap in the bulk energy gap region of the host material.

論文

Negative Te spin polarization responsible for ferromagnetic order in the doped topological insulator V$$_{0.04}$$(Sb$$_{1-x}$$Bi$$_{x}$$)$$_{1.96}$$Te$$_{3}$$

Ye, M.*; Xu, T.*; Li, G.*; Qiao, S.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Zhu, S.-Y.*; Nurmamat, M.*; 角田 一樹*; 石田 行章*; et al.

Physical Review B, 99(14), p.144413_1 - 144413_7, 2019/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:43.12(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigate the microscopic origin of ferromagnetism coupled with topological insulators in V-doped (Sb,Bi)$$_{2}$$Te$$_{3}$$ employing X-ray magnetic circular dichroism and angle-resolved two-photon photoemission spectroscopies, combined with first-principles calculations. We found an magnetic moment at the Te site anti-parallel to that of the V and Sb sites, which plays a key role in the ferromagnetic order. We ascribe it to the hybridization between Te 5${it p}$ and V 3${it d}$ majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type ${it p}$-${it d}$ exchange interaction scenario. The substitution of Bi for Sb suppresses the bulk ferromagnetism by introducing extra electron carriers in the majority spin channel of the Te ${it p}$ states that compensates the antiparallel magnetic moment on the Te site. Our findings reveal important clues to designing magnetic topological insulators with higher Curie temperature that work under ambient conditions.

論文

Dirac gap opening and Dirac-fermion-mediated magnetic coupling in antiferromagnetic Gd-doped topological insulators and their manipulation by synchrotron radiation

Shikin, A. M.*; Estyunin, D. A.*; Surnin, Yu. I.*; Koroleva, A. V.*; Shevchenko, E. V.*; Kokh, K. A.*; Tereshchenko, O. E.*; Kumar, S.*; Schwier, E. F.*; 島田 賢也*; et al.

Scientific Reports (Internet), 9(1), p.4813_1 - 4813_17, 2019/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:26.52(Multidisciplinary Sciences)

A new kind of magnetically-doped antiferromagnetic (AFM) topological insulators (TIs), Bi$$_{1.09}$$Gd$$_{0.06}$$Sb$$_{0.85}$$Te$$_{3}$$, has been studied by angle-resolved photoemission, superconducting magnetometry (SQUID) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). It has been shown that this TI is characterized by the Dirac gap at the Fermi level. In the paramagnetic phase, a surface magnetic layer is supposed to develop, where the coupling between the Gd magnetic moments is mediated by the topological surface states (TSSs). This assumption can be confirmed by opening a gap at the Dirac point indicated by the surface-sensitive ARPES, a weak hysteresis loop measured by SQUID, the XMCD showing a surface magnetic moment and the temperature dependence of electrical resistance demonstrating a mid-gap semiconducting behavior, which correlates with the temperature dependence of the surface magnetization and confirms the conclusion that only TSSs are located at the Fermi level.

論文

Preferred site occupation of 3$$d$$ atoms in Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) films revealed by X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism

高田 郁弥*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 高梨 弘毅*; 木村 昭夫*; 末益 崇*

Physical Review Materials (Internet), 2(2), p.024407_1 - 024407_5, 2018/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:43.2(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism measurements were performed at the Ni and Fe $$L_{2,3}$$ absorption edges for Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) epitaxial films. Shoulders at approximately 2 eV above the Ni $$L_{2,3}$$ main peaks in the XAS spectrum of Ni$$_{3}$$FeN were interpreted to originate from hybridization of orbitals between Ni 3$$d$$ at face-centered (II) sites and N 2$$p$$ at body-centered sites, while such features were missing in NiFe$$_{3}$$N film. Similar shoulders were observed at Fe $$L_{2,3}$$ edges in both films. Hence, Ni atoms preferentially occupied corner (I) sites, where the hybridization was weak because of the relatively long distance between Ni at I sites and N atoms. The relatively large magnetic moment deduced from sum-rule analysis of NiFe$$_{3}$$N also showed a good agreement with the presence of Ni atoms at I sites.

論文

Carrier-mediated ferromagnetism in the magnetic topological insulator Cr-doped (Sb,Bi)$$_{2}$$Te$$_{3}$$

Ye, M.*; Li, W.*; Zhu, S.-Y.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Wang, J.*; Pan, H.*; Nurmamat, M.*; 角田 一樹*; Ji, F.*; et al.

Nature Communications (Internet), 6, p.8913_1 - 8913_7, 2015/11

AA2015-0647.pdf:0.64MB

 被引用回数:35 パーセンタイル:9.98(Multidisciplinary Sciences)

磁性元素を添加したトポロジカル絶縁体は、量子異常ホール効果や無散逸伝導などの魅力的な現象の発現が予言され、低消費電力スピンデバイスの開発につながっていくものと期待されている。既に、いくつかの磁性添加トポロジカル絶縁体で長距離磁気秩序が確認されている。しかし、量子異常ホール効果の発現は、極低温におけるCrを添加した(Sb,Bi)$$_{2}$$Te$$_{3}$$系に限られており、強磁性の微視的な起源はほとんど分かっていない。そこで、今回、X線磁気円二色性実験による元素選択的研究を行うことにより、本物質系の強磁性は、母体の正孔キャリアーを媒介としたものであり、Crの3d電子とSbやTeのp電子の相互作用が極めて重要であることを明らかにした。この結果は、異常量子ホール素子の実現に向けても重要である。

論文

Local electronic states of Fe$$_{4}$$N films revealed by X-ray absorption spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism

伊藤 啓太*; 都甲 薫*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 小口 多美夫*; 末益 崇*; 木村 昭夫*

Journal of Applied Physics, 117(19), p.193906_1 - 193906_6, 2015/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:50.26(Physics, Applied)

We performed XAS and XMCD measurements at Fe L$$_{2,3}$$ and N K-edges for Fe$$_{4}$$N epitaxial films grown by MBE. We compared experimental XAS and XMCD spectra with those simulated by a combination of a first-principles calculation and Fermi's golden rule. We revealed that the shoulders observed at Fe L$$_{2,3}$$-edges in the XAS and XMCD spectra were due to the electric dipole transition from the Fe 2p core-level to the hybridization state generated by $$sigma$$$$^{ast}$$ anti-bonding between the orbitals of N 2p at the body-centered site and Fe 3d on the face-centered (II) sites. Thus, the observed shoulders were attributed to the local electronic structure of Fe atoms at II sites. As to the N K-edge, the line shape of the obtained spectra was explained by the dipole transition from the N 1s core-level to the hybridization state formed by $$pi$$$$^{ast}$$ and $$sigma$$$$^{ast}$$ anti-bondings between the Fe 3d and N 2p orbitals.

論文

Spectroscopic evidence of band Jahn-Teller distortion upon martensitic phase transition in Heusler-type Ni-Fe(Co)-Ga ferromagnetic shape-memory alloy films

角田 一樹*; 白井 開渡*; Zhu, S.-Y.*; 谷口 雅樹*; Ye, M.*; 上田 茂典*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Aseguinolaza, I. R.*; Barandiar$'a$n, J. M.*; et al.

Physical Review B, 91(13), p.134417_1 - 134417_6, 2015/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.73(Materials Science, Multidisciplinary)

The temperature evolution of the electronic structure of a Ni-Fe(Co)-Ga/MgO(100), Heusler-type, ferromagnetic shape-memory alloy thin film has been followed by a bulk-sensitive hard X-ray photoelectron spectroscopy, element-selective soft X-ray magnetic circular dichroism, and first-principles calculation. The reversible changes of the electronic states near the Fermi energy show a hysteresis associated with the martensitic phase transition (MPT), where the pseudogap opens on cooling and closes again on warming. In addition, the Ni 3d spin magnetic moment increases by approximately two times across the MPT, whereas the change of Fe 3d moment is moderate. By comparing the experimental results with the calculated spin-resolved density of states, we conclude that the band Jahn-Teller effect of Ni 3d and Fe 3d orbitals is responsible for MPT.

論文

X-ray magnetic circular dichroism for Co$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (x = 0, 3, 4) films grown by molecular beam epitaxy

伊藤 啓太*; 佐内 辰徳*; 安富 陽子*; Zhu, S.-Y.*; 都甲 薫*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 木村 昭夫*; 末益 崇*

Journal of Applied Physics, 115(17), p.17C712_1 - 17C712_3, 2014/05

 被引用回数:15 パーセンタイル:35.4(Physics, Applied)

We evaluated orbital ($$m_{rm orb}$$) and spin magnetic moments ($$m_{rm spin}$$) of Co$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (x = 0, 3, 4) epitaxial thin films grown by molecular beam epitaxy using X-ray magnetic circular dichroism, and discussed the dependence of these values on x. Site-averaged $$m_{rm spin}$$ value of Fe atoms was deduced to be 1.91 $$mu$$$$_{B}$$ per atom, and that of Co atoms to be 1.47 $$mu$$$$_{B}$$ per atom in Co$$_{3}$$FeN at 300 K. These values are close to 1.87 $$mu$$$$_{B}$$ per Fe atom in Fe$$_{4}$$N and 1.43 $$mu$$$$_{B}$$ per Co atom in Co$$_{4}$$N, respectively. This result implies that the Fe and Co atoms in the Co$$_{3}$$FeN films were located both at corner and face-centered sites in the anti-perovskite lattice. Spin magnetic moments per unit cell were decreased linearly with increasing x in Co$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N. This tendency is in good agreement with theory predicted by the first-principle calculation.

論文

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

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*; et al.

Journal of Physics; Condensed Matter, 25(23), p.232201_1 - 232201_5, 2013/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:49.14(Physics, Condensed Matter)

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。

論文

Quasiparticle interference on the surface of Bi$$_{2}$$Se$$_{3}$$ induced by cobalt adatom in the absence of ferromagnetic ordering

Ye. M.*; Eremeev, S. V.*; 黒田 健太*; Krasovskii, E. E.*; Chulkov, E. V.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 岡本 和晃*; Zhu, S. Y.*; 宮本 幸治*; et al.

Physical Review B, 85(20), p.205317_1 - 205317_5, 2012/05

 被引用回数:51 パーセンタイル:9.46(Materials Science, Multidisciplinary)

トポロジカル絶縁体Bi$$_2$$Se$$_3$$の表面にコバルトを蒸着した系に対して、コバルトの物性に注目して、トンネル分光,角度分解光電子分光,磁気円二色性及び理論計算を組合せて得られた研究成果である。原子力機構としての貢献は、磁気円二色性を用いてコバルトの磁性を調べた部分である。トポロジカル絶縁体表面では磁性元素が強磁性を示すという理論的予想があるが、今回の実験では、Bi$$_2$$Se$$_3$$とコバルトとの組合せでは強磁性を示さないという実験的証拠を示すことができた。

論文

Magnetic linear dichroism in angle-resolved photoemission of nickel

斎藤 祐児; 上田 茂典*; 室隆 桂之*; 菅 滋正*; 木村 昭夫*; 柿崎 明人*

Physica B; Condensed Matter, p.1 - 3, 1997/00

強磁性体ニッケルの3P及び2P内殻準位の角度分解光電子放出における磁気線二色性を測定し、顕著な二色性を観測した。3P内殻については、すでに報告されている磁気円二色性の実験結果と類似した形状を示し、理論的に示唆されていた、両者の比例関係を実験的に確認することができた。2P内殻については、電子間相互作用を取り入れた不純物アンダーソンモデル及びスモールクラスターモデルによる理論計算との比較を行った。2P$$_{3/2}$$領域では、実験結果は理論計算によりよく再現されるが、2P$$_{1}$$/2領域では実験と理論計算と大きく異なった。これは、計算にとり入れられている電子間相互作用、軌道の混成状態等の見積りが正しくないことを示しており、磁気線二色性により電子状態の詳細な情報が抜き出せることがわかった。

報告書

CPFにおける高速炉燃料リサイクル試験(19)-HAN-HNO3-TBP系におけるPu(4)の逆抽出に関する研究

富樫 昭夫; 根本 慎一; 坂井 敏幸*; 野村 和則; 木村 通*; 小沢 正基

PNC-TN8410 92-267, 41 Pages, 1992/07

PNC-TN8410-92-267.pdf:0.9MB

使用済燃料再処理における分配工程ではTBPに抽出されているPu(IV)とU(VI)のうち、Puのみを選択的に逆抽出し、U,TBP相中のUから分離することを基本としている。Puを選択的に逆抽出分離するため、一般には還元剤を用いてPU(IV)をPu(III)に還元し、抽出性の低いPuとしつつ分離する方法が採られている。本研究では還元剤として硝酸ヒドロキシルアミン(HAN)を用いHAN-HNO3-TBP系におけるTBP相中のPuに着目し「みかけの逆抽出速度」を求めた。以下に結果を示す。(1) HANが共存しないHNO3-TBP系でのPu(IV)逆抽出速度は水相中のHNO3濃度に依存し、濃度の低下に伴い上昇する。(2) この速度はHANの存在により、更に上昇する。(3) Pu(IV)の逆抽出速度はHAN濃度に逆比例する。これはHAN中に化合しているNO3-による影響と判断される。つまりNO3-がPuを抽出するため塩析剤として作用するためと思われる。(4) したがってHANを還元剤として用いる場合、NO3-イオン濃度を十分に考慮し最適条件を選定すべきである。

報告書

再処理高レベル廃液中のTRU元素の湿式分離研究 CMPOに対する高レベル廃液中のFP,TRU元素の分配及び小型ミキサ・セトラによるフロ-シ-ト評価試験〔I〕

野村 和則; 根本 慎一; 坂井 敏幸*; 木村 通*; 富樫 昭夫

PNC-TN8410 91-180, 51 Pages, 1991/06

PNC-TN8410-91-180.pdf:1.06MB

再処理高レベル廃液中に含まれている超ウラン元素(TRU)の除去を目的とし、1990年度より基礎研究を開始した。本基礎試験では、米国アルゴンヌ国立研究所で開発されたTRUEXプロセス(TRans Uranium EXtraction)をベースに、高レベル廃液への適用性の検討を行った。試験ではバッチ抽出法及び小型ミキサ・セトラによる連続抽出法により、CFP高レベル廃液中の主要核種の挙動を調べた。本研究を通しCMPOを抽出剤とするTRUEX法の高レベル廃液への適用性の評価を行った結果、上記の様に基本的にはTRU等に対して優れた抽出剤であることが判った。又、高レベル廃液へ適用するに当って開発しなければならない課題を明かとした。

報告書

東海再処理工場から発生する廃棄物の処理と貯蔵における経験と今後の方針

松本 憲一*; 宮原 顕治; 川口 昭夫; 浅妻 新一郎; 福島 操; 庄司 賢二; 野島 康夫; 木村 憲二; 池田 整; 渋谷 淳*; et al.

PNC-TN8440 87-194, 82 Pages, 1987/08

PNC-TN8440-87-194.pdf:4.92MB

IAEA廃棄物処理処分会議(1983年5月シアトル会議)における技術発表を行うにあたって、1982年12月までの東海再処理工場の廃棄物管理実績をまとめ、今後の教育用課内資料または、廃棄物処理全般に関する説明資料として使用する。

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