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論文

Spin orientation transition across the single-layer graphene/nickel thin film interface

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

Journal of Materials Chemistry C, 1(35), p.5533 - 5537, 2013/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:28.43(Materials Science, Multidisciplinary)

The spin-electronic structures across the interface between single-layer graphene and a Ni(111) thin film are explored by employing the depth-resolved X-ray absorption and magnetic circular dichroism spectroscopy with the atomic layer resolution. The depth-resolved Ni L-edge analysis clarifies that the Ni atomic layers adjacent to the interface show a transition of the spin orientation to the perpendicular one in contrast with the in-plane one in the bulk region. The C K-edge analysis reveals the intensifying of the spin-orbital interactions induced by the $$Pi$$-d hybridization at the interface as well as out-of-plane spin polarization at the $$Pi$$ band region of graphene. The present study indicates the importance of the interface design at the atomic layer level for graphene-based spintronics.

論文

The Physical origin of the InSb(111)A surface reconstruction transient

Proessdorf, A.*; Rodenbach, P.*; Grosse, F.*; Hanke, M.*; Braun, W.*; Riechert, H.*; Hu, W.; 藤川 誠司*; 神津 美和; 高橋 正光

Surface Science, 606(17-18), p.1458 - 1461, 2012/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.97(Chemistry, Physical)

The InSb(111)A surface is prepared by molecular beam epitaxy and investigated by reflection high-energy electron diffraction (RHEED). The complete two dimensional diffraction pattern is mapped out by azimuthal RHEED (ARHEED). Two reconstructions are identified and additionally a set of new symmetries is observed. At low temperature a $$(2sqrt{3}times 2sqrt{3})$$ pattern is observed which changes to the $$(2times 2)$$ pattern at high temperature. In contrast to the GaSb(111)A surface the observed $$(2sqrt{3}times 2sqrt{3})$$ structure is not stabilized by configurational entropy.

論文

Local structures and magnetic properties of fullerene-Co systems studied by XAFS and XMCD analyses

北条 育子*; 小出 明広*; 松本 吉弘; 丸山 喬*; 永松 伸一*; 圓谷 志郎; 境 誠司; 藤川 高志*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 185(1-2), p.32 - 38, 2012/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:91.01(Spectroscopy)

In this work we have measured Co K- and L$$_{2,3}$$-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) and Co L$$_{2,3}$$-edge X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectra, and also carried out their calculations for C$$_{60}$$Co$$_x$$ compounds. The observed XANES and XMCD are sensitive to the Co concentration. In the low density region ($$x$$=1.0-1.5), one Co is surrounded by three C$$_{60}$$ balls. The Co L$$_{2,3}$$-edge XMCD analyses gives the spin magnetic moment on Co in the range 0.5-0.9 $$mu_B$$.

論文

Growth temperature dependence of strain relaxation during InGaAs/GaAs(0 0 1) heteroepitaxy

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Journal of Crystal Growth, 323(1), p.13 - 16, 2011/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:17.9(Crystallography)

In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001)の分子線エピタキシャル成長中のひずみ緩和の様子をその場X線逆格子マッピングにより解析した。成長温度420, 445, 477$$^{circ}$$Cにおける残留ひずみ・結晶性の変化の様子が測定された。Dodson-Tsaoの運動学的モデルは、実験による残留ひずみの測定結果とよく一致することがわかった。さらにひずみ緩和過程における転位の運動の温度依存性の解析から、転位の運動の熱励起を議論することが可能になった。

論文

多重散乱理論によるCo-C$$_{60}$$薄膜のXAS解析

北條 育子*; 松本 吉弘; 丸山 喬*; 永松 伸一*; 圓谷 志郎; 境 誠司; 小西 健久*; 藤川 高志*

Photon Factory News, 29(1), p.20 - 25, 2011/05

本研究では多重散乱理論を用いてフラーレン(C$$_{60}$$)-コバルト(Co)化合物のX線吸収スペクトルの理論的解析を行った。その結果、同化合物の構造が3個のC$$_{60}$$分子間にCo原子がp-d結合により配位した局所構造を有すること、化合物中のCo原子の濃度に依存して、同局所構造が発達することが明らかになった。さらに、得られた構造をもとに分子軌道計算を行った結果、同化合物は多数スピン、少数スピンによりバンドギャップが異なる磁性半導体であることが示された。トンネル磁気抵抗効果に関する実験で示唆されたトンネル電子の高スピン偏極率は、このような電子構造を有する化合物がスピンフィルターとして作用して生じる可能性が考えられる。

論文

Structural changes caused by quenching of InAs/GaAs(001) quantum dots

高橋 正光; 藤川 誠司

Japanese Journal of Applied Physics, 50(4), p.04DH06_1 - 04DH06_5, 2011/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:73.06(Physics, Applied)

Self-assembled InAs/GaAs(001) quantum dot structures before and after quenching were investigated by in situ X-ray diffraction to assess the influences of quenching. Before quenching, quantums dots were uniform in size so that the shape and internal lattice constant distribution of a quantum dot were quantitatively determined on the basis of three-dimensional X-ray intensity mapping. X-ray measurements after quenching revealed that the quantum dot size showed a bimodal distribution as a result of proliferation of dislocated islands during quenching. A formula to describe the X-ray diffraction from dislocated islands with a large size distribution is presented. The quenching rate has little influence on the structures of quenched quantum dots for the cooling rate investigated.

論文

Surface study of organopalladium molecules on S-terminated GaAs

小西 智也*; 西脇 永敏*; 東條 孝志*; 石川 琢馬*; 寺岡 輝記*; 植田 有紀子*; 木原 義文*; 森時 秀司*; 遠野 竜翁*; 武藏 美緒*; et al.

Physica Status Solidi (C), 8(2), p.405 - 407, 2011/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:20.96

Organopalladium species (Pd) immobilized on an Sterminated GaAs substrate (S/GaAs) effectively catalyzes C-C bond formation in the Mizoroki-Heck reaction with cycle durability. However, the immobilizing mechanism of Pd is unknown. In this study, we deposited Pd(OCOCH$$_3$$)$$_2$$ on S/GaAs in two different methods, namely dry-physical vapor-deposition and wetchemical deposition, and compared the catalytic activities in the Mizoroki-Heck reaction. Also, S-termination and Pd-immobilization on GaAs grains were performed by the wet-chemical method to monitor the change in the surface chemical structure during the preparation process with diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). FT-IR measurements implied that the immobilization of catalytic active ${Pd}$ was related to the OH groups on the S-terminated surface. Pd-S/GaAs prepared dryphysically showed poor catalytic activity, because Pd was not immobilized under absence of OH groups.

論文

Time-resolved X-ray diffraction measurements of high-density InAs quantum dots on Sb/GaAs layers and the suppression of coalescence by Sb-irradiated growth interruption

角田 直輝*; 海津 利行*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 山口 浩一*

Japanese Journal of Applied Physics, 49(9), p.095602_1 - 095602_4, 2010/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.12(Physics, Applied)

Self-assembly of high-density InAs quantum dots (QDs) on Sb-irradiated GaAs buffer layers was observed in-situ by a time-resolved X-ray diffraction (XRD) technique using a combination of XRD and molecular beam epitaxy. Evolution of dot height and lattice constant was analyzed during InAs QD growth and subsequent growth interruption (GI), and as a result, dislocated giant dots due to coalescence and coherent dots were separately evaluated. An Sb-irradiated GI (Sb-GI) method to be applied after InAs growth was attempted for the suppression of coalescence. Using this method, the XRD intensity of giant dots decreased, and the photoluminescence intensity of InAs QDs was enhanced. High-density InAs QDs without giant dots were produced by using the combination of the QD growth on the Sb-irradiated GaAs buffer layers and the Sb-GI.

論文

Real-time observation of anisotropic strain relaxation by three-dimensional reciprocal space mapping during InGaAs/GaAs(001) growth

鈴木 秀俊*; 佐々木 拓生*; 崔 炳久*; 大下 祥雄*; 神谷 格*; 山口 真史*; 高橋 正光; 藤川 誠司

Applied Physics Letters, 97(4), p.041906_1 - 041906_3, 2010/07

 被引用回数:28 パーセンタイル:23.86(Physics, Applied)

Real-time three-dimensional reciprocal space mapping measurement during In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001) molecular beam epitaxial growth has been performed to investigate anisotropy in relaxation processes. Anisotropies, strain relaxation, and crystal quality in [110] and [1$$bar{1}$$0] directions were simultaneously evaluated via the position and broadness of 022 diffraction. In the small-thickness region, strain relaxation caused by $$alpha$$-dislocations is higher than that caused by $$beta$$-dislocations, and therefore crystal quality along [110] is worse than that along [1$$bar{1}$$0]. Rapid relaxation along both [110] and [1$$bar{1}$$0] directions occurs at almost the same thickness. After rapid relaxation, anisotropy in strain relaxation gradually decreases, whereas crystal quality along [1$$bar{1}$$0] direction, presumably due to $$beta$$-dislocations, becomes better that along [110] direction and the ratio does not decay with thickness.

論文

In situ study of strain relaxation mechanisms during lattice-mismatched InGaAs/GaAs growth by X-ray reciprocal space mapping

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1268, 6 Pages, 2010/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

The in situ X-ray reciprocal space mapping (in situ RSM) of symmetric diffraction measurements during lattice-mismatched InGaAs/GaAs(001) growth were performed to investigate the strain relaxation mechanisms. The evolution of the residual strain and crystal quality were obtained as a function of InGaAs film thickness. Based on the results, the correlation between the strain relaxation and the dislocations during the film growth were evaluated. As a result, film thickness ranges with different relaxation mechanisms were classified, and dominant dislocation behavior in each phase were deduced. From the data obtained in in situ measurements, the quantitative strain relaxation models were proposed based on a dislocation kinetic model developed by Dodson and Tsao. Good agreement between the in situ data and the model ensured the validity of the dominant dislocation behavior deduced from the present study.

論文

${it In situ}$ real-time X-Ray reciprocal space mapping during InGaAs/GaAs growth for understanding strain relaxation mechanisms

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; Lee, J.-H.*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 新船 幸二*; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Applied Physics Express, 2, p.085501_1 - 085501_3, 2009/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:20.96(Physics, Applied)

${it In situ}$ real-time X-ray diffraction measurements during In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001) epitaxial growth are performed for the first time to understand the strain relaxation mechanisms in a lattice-mismatched system. The high resolution reciprocal space maps of 004 diffraction obtained at interval of 6.2 nm thickness enable transient behavior of residual strain and crystal quality to be observed simultaneously as a function of InGaAs film thickness. From the evolution of these data, five thickness ranges with different relaxation processes and these transition points are determined quantitatively, and the dominant dislocation behavior in each phase is deduced.

口頭

In situ observation of InP(001) growth under metalorganic chemical vapor deposition using synchrotron radiation source

藤川 誠司; 川村 朋晃*; Bhunia, S.*; 渡辺 義夫*

no journal, , 

近年、気相成長中において成長機構の解明に成果を上げている光学的手法や、従来からMBEの成長表面の観察に適用されている電子線を用いた手法、走査型トンネル顕微鏡では、有機金属気相化学成長(MOCVD)中において、原子レベルでの成長メカニズムの解析や適用は困難である。そこで、高透過率、原子サイズオーダーの波長を有するX線を用いた手法でMOCVDにおけるホモエピタキシャル成長InP(001)表面の観察を行った。まず、X線反射率強度の振る舞いによって基板温度が550$$^{circ}$$C以上でステップフロー成長が支配的であることを確認した。われわれはこれまでに微小角入射X線回折(GIXD)を用いて、MOCVD成長雰囲気中燐リッチInP(001)表面において燐ダイマーで構成された(2$$times$$1)構造が支配的であることを明らかにした。そこで、GIXDを用いて、表面構造の変化に敏感な分数次反射の強度変化を成長中において実時間測定を行った結果、成長終了後に強度の回復が1分以上かかった。これは、成長後も供給されたIn原子が1分以上表面をマイグレーションしていることを示唆する。

口頭

巨大TMR効果に影響を及ぼすC$$_{60}$$-Co化合物の電子/スピン状態,2

松本 吉弘; 境 誠司; 圓谷 志郎; 永松 伸一*; 北条 育子*; 藤川 高志*; 島田 敏宏*; 楢本 洋*; 前田 佳均; 横山 利彦*

no journal, , 

2006年以降、われわれはC$$_{60}$$-Co化合物のマトリックス中にCo結晶粒が分散するC$$_{60}$$-Coグラニュラー薄膜で、巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果($$Delta$$R/R$$_{min}$$=$$sim$$1000%)が生じることを明らかにしてきた。最近の分光研究から、C$$_{60}$$-Co化合物中に存在する局在dスピンにより、C$$_{60}$$-Co化合物/Co結晶粒界面に高偏極スピン状態が誘起されることがTMR効果発現の原因と推測されている。したがって、C$$_{60}$$-Co薄膜で生じるスピン依存伝導機構を理解するには、C$$_{60}$$-Co化合物の電子/スピン状態を明らかにすることが極めて重要である。本研究では、組成比の異なるC$$_{60}$$-Co化合物(C$$_{60}$$Co$$_{x}$$, x$$<$$5)について放射光による分光解析を行った。結果として、C$$_{60}$$-Co化合物中のCo原子は2価の低スピン状態(Co(II)LS, d$$^{7}$$)で、かつ同スピン間にxの値に応じて反強磁性的なスピン間相互作用が存在していること、一方でC$$_{60}$$-Co化合物中の局在dスピンとCo結晶粒との界面で強磁性的なスピン相互作用が生じていることが明らかとなった。

口頭

微小角入射X線回折によるGaAs(001)及びInAs(001)上bcc-Fe成長のその場観察

藤川 誠司; 高橋 正光

no journal, , 

われわれは、bcc-Feの成長機構を明らかにするため、MBE成長中において微小角入射X線回折を用いたその場観察により、格子不整合の違うGaAs(001)とInAs(001)基板でbcc-Fe極薄膜の評価を行った。SPring-8 BL11XUの表面X線回折計用MBE装置で、室温においてGaAs(001)とInAs(001)上にFeを2又は4MLずつ成長しながら、(040)回折の指数HK面の逆格子空間マップ測定を行った。Fe成長量に対する、GaAs(001)とInAs(001)基板のbcc-Feの回折ピークから見積もったK方向の格子歪の変化から、GaAs(001)ではbcc-Feからの回折は4MLから現れ、格子歪はほぼ緩和しているのに対して、InAs(001)ではbcc-Feは6MLから現れ、Fe成長量が増えるとともに格子歪の緩和が徐々に進行している。これより、格子不整合の影響がbcc-Fe膜の結晶性に大きく寄与していることがわかった。

口頭

面内X線回折によるGaAs(001)上のFe-As化合物薄膜の観察

藤川 誠司; 高橋 正光

no journal, , 

GaAs(001)基板はFeの格子定数の2倍に対して格子整合がよく、なおかつFe(001)$$<$$100$$>$$//GaAs(001)$$<$$100$$>$$のエピタキシャル関係で成長することが知られているため、Fe/GaAs(001)ヘテロ構造はスピントロニクスデバイスへの応用が期待されている。その界面にはFe, As, Gaからなる化合物が形成されることが知られており、良質なヘテロ構造形成にはそれらの化合物の制御が重要である。しかしながら、原子レベルでの薄膜における基板と化合物の結晶方位の関係はまだわかっていない。本研究では、GaAs(001)基板上にAs照射下でFe-As化合物薄膜を形成し、その場X線回折により[1$$bar{1}$$0]及び[100]方向の観察を行った。その結果、強磁性Fe$$_{3}$$Ga$$_{2-x}$$As$$_{x}$$化合物単結晶が(1$$bar{1}$$$$bar{1})$$Fe$$_{3}$$Ga$$_{2-x}$$As$$_{x}$$//(200)GaAs及び(1$$bar{2}$$0)Fe$$_{3}$$Ga$$_{2-x}$$As$$_{x}$$//(2$$bar{2}$$0)GaAsのエピタキシャル関係で形成されることがわかった。

口頭

In situ observation of Fe growth on GaAs(001) and InAs(001) by X-ray diffraction

藤川 誠司; 高橋 正光

no journal, , 

半導体と強磁性体のヘテロ構造はスピントロニクスデバイスへの応用が期待されている。特に、Fe/GaAs(001)及びFe/InAs(001)ヘテロ構造は、それぞれ1.4, 5.4%という小さいミスフィットでなおかつ、それぞれの基板上にFe単結晶のエピタキシャル成長が可能なため、広く研究されている。いずれの基板についても、Fe膜の形成過程やFe膜と基板との界面構造の詳細はまだはっきりとしていない。そこで、本研究では放射光を用いてMBE成長中におけるFe/GaAs(001)及びFe/InAs(001)の各Fe成長量での面内逆格子マップ測定を行った。InAs(001)では6 MLで引張り歪を受けたFe 020回折が現れた一方、GaAs(001)上では既に格子歪が緩和したFe 020回折がFe$$_{3}$$Ga$$_{2-x}$$As$$_{x}$$2$$bar{2}$$$$bar{2}$$回折を伴って4MLで現れた。これは、基板とFeとの界面に形成されたFe$$_{3}$$Ga$$_{2-x}$$As$$_{x}$$がFe膜の歪緩和を促進していることを示唆している。

口頭

シンクロトロン放射光による分子スピントロニクス材料の元素選択的磁気状態分光

松本 吉弘; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; 境 誠司; 島田 敏宏*; 横山 利彦*; 藤川 高志*

no journal, , 

本研究では、Co組成比の異なるC$$_{60}$$Co$$_{x}$$(x$$<$$5)試料についてX線吸収分光、及び、磁気円二色性分光を行った。併せて、TMR効果の発現機構解明には、Co結晶粒界面近傍でのC$$_{60}$$-Co化合物中の局在dスピン状態に関する知見が不可欠であることから、Ni(111)基板上に成膜したC$$_{60}$$-Co化合物層(膜厚: 3nm)についても同様の分光解析を行った。結果として、Ni基板上のC$$_{60}$$-Co化合物層では、Niを磁化させた状態でのゼロ磁場MCD測定において、厚いC$$_{60}$$-Co化合物層(膜厚: 30nm)とは異なる強いMCD信号が観測された。これはC$$_{60}$$-Co化合物/Niの層間に強磁性的なスピンカップリングが存在することを示しており、同様の相互作用がC$$_{60}$$-Co化合物/Co結晶粒界面においても生じていると推測される。

口頭

X-ray diffraction study on hydrogen-induced Pd(110) surface reconstruction

高橋 正光; 藤川 誠司*; Hu, W.; 田尻 寛男*

no journal, , 

水素化は、材料最表面への水素分子の解離吸着によって始まり、表面第2層目以下の原子への水素吸蔵へと進行していく。この過程で水素化を容易にしている要因、逆に阻害している要因を明らかにすることは、水素貯蔵材料の性能向上に役立つ。本研究では、表面X線回折法による定量的な表面構造解析に基づいて、パラジウム単結晶における水素吸収メカニズムを検討した。実験は、SPring-8の表面界面ビームラインBL13XUで行った。水素暴露量と試料温度とをパラメータとして、Pd基板表面の放射光X線回折測定を行った。表面X線回折プロファイルの変化の測定から、水素吸蔵量の増加が観測され、水素吸着から水素吸蔵へと進行する過程をとらえることができた。

口頭

金属単結晶の表面X線回折; 水素吸収のチャンネル形成の推測

高橋 正光; 藤川 誠司*; Hu, W.; 田尻 寛男*

no journal, , 

水素化は、材料最表面への水素分子の解離吸着によって始まり、表面第2層目以下の原子への水素吸蔵へと進行していく。この過程で水素化を容易にしている要因、逆に阻害している要因を明らかにすることは、水素貯蔵材料の性能向上に役立つ。パラジウムは、古くから研究されている水素吸蔵材料であるとともに、結晶性の高い単結晶が得られ、清浄表面を得ることも容易である。本研究では、表面X線回折法による定量的な表面構造解析に基づいて、パラジウム単結晶における水素吸収メカニズムを検討する。実験は、SPring-8の表面界面ビームラインBL13XUで行った。水素への暴露と加熱処理を繰り返す「熱サイクル過程」により、Pd(110)表面は、水素の表面被覆率1原子層に対応する(2$$times$$1)構造と、被覆率1.5原子層に対応する(1$$times$$2)構造との間を行き来することが低速電子線回折により確認された。この「熱サイクル過程」を繰り返したときの表面X線回折プロファイルの変化を測定したところ、水素吸蔵量の増加が観測され、水素吸着から水素吸蔵へと進行する過程をとらえることができた。

口頭

High interface spin polarization and its mechanism in fullerene-magnetic metal systems

境 誠司; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; Avramov, P.; 楢本 洋*; 藤川 高志*

no journal, , 

Voltage-dependence of the TMR effect was investigated for the granular C$$_{60}$$-Co films. It was successfully demonstrated that the large TMR is attributed to the very high spin polarization of tunnelling electrons at the C$$_{60}$$-Co compound/Co interface. In order to study the mechanism of the spin polarization, the electronic and magnetic states of the C$$_{60}$$-Co compound at the interface with magnetic metals (Ni) were investigated by the X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy. It was revealed that the region of the C$$_{60}$$-Co compound within 3 nm from the interface is ferromagnetically coupled with Ni due to the indirect exchange interaction mediated by C$$_{60}$$. This ferromagnetic coupling is able to give rise to the high spin polarization in connection with the spin-filtering effect of the C$$_{60}$$-Co compound.

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