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論文

Absence of ferromagnetism in MnBi$$_2$$Te$$_4$$/Bi$$_2$$Te$$_3$$ down to 6 K

深澤 拓朗*; 日下 翔太郎*; 角田 一樹; 橋爪 瑞葵*; 一ノ倉 聖*; 竹田 幸治; 出田 真一郎*; 田中 清尚*; 清水 亮太*; 一杉 太郎*; et al.

Physical Review B, 103(20), p.205405_1 - 205405_6, 2021/05

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

We successfully fabricated a MnBi$$_2$$Te$$_4$$/Bi$$_2$$Te$$_3$$ heterostructure by incorporating Mn and Te inside the topmost quintuple layer of Bi$$_2$$Te$$_3$$, as unambiguously confirmed by LEED I-V scanning transmission electron microscopy measurements. The surface-state Dirac cone of the heterostructure showed little change compared to that of the pristine Bi$$_2$$Te$$_3$$ and X-ray magnetic circular dichroism measurements showed that the system was paramagnetic down to 5.6 K. These results are in contrast to the previous works on related materials that showed magnetic order around 10 K as well as theoretical predictions and suggests the intricacy of the magnetic properties of two-dimensional van der Waals magnets.

論文

Fabrication of a novel magnetic topological heterostructure and temperature evolution of its massive Dirac cone

平原 徹*; Otrokov, M. M.*; 佐々木 泰佑*; 角田 一樹*; 友弘 雄太*; 日下 翔太郎*; 奥山 裕磨*; 一ノ倉 聖*; 小林 正起*; 竹田 幸治; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.4821_1 - 4821_8, 2020/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:89.19(Multidisciplinary Sciences)

We fabricate a novel magnetic topological heterostructure Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ where multiple magnetic layers are inserted into the topmost quintuple layer of the original topological insulator Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$. A massive Dirac cone (DC) with a gap of 40-75 meV at 16 K is observed. By tracing the temperature evolution, this gap is shown to gradually decrease with increasing temperature and a blunt transition from a massive to a massless DC occurs around 200-250 K. Magnetic measurements show that there are two distinct Mn components in the system that corresponds to the two heterostructures; MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is paramagnetic at 6 K while Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is ferromagnetic with a negative hysteresis (critical temperature 20 K). This novel heterostructure is potentially important for future device applications.

口頭

軟X線磁気円二色性で探る単層VSe$$_2$$薄膜の磁性

角田 一樹; 竹田 幸治; 日下 翔太郎*; 小林 功佳*; 平原 徹*

no journal, , 

単層VSe$$_2$$は、二次元ファンデルワールス原子層物質の一種であり、2018年に室温以上のキュリー温度を有する強磁性体であることが報告された。しかし室温強磁性の発見直後に行われた角度分解光電子分光(ARPES)実験では、低温においても強磁性秩序を特徴づける交換分裂が観測されておらず、単層VSe$$_2$$における強磁性秩序の有無については未だに議論が続いている。通常の磁化測定では薄膜と基板の双方からのシグナルを検出してしまうためVSe$$_2$$の本質的な磁気特性を引き出すことは難しい。一方、放射光を利用したX線磁気円二色性(XMCD)は元素選択的なプローブであるため、上記の論争を解決する可能性を秘めている。本研究では、単層VSe$$_2$$の磁気特性を明らかにすることを目的にARPES、第一原理計算、XMCDを行った。その結果、磁場下で単層VSe$$_2$$からの明瞭なXMCDシグナルを検出することに成功した。また、温度依存XMCDにより、6Kにおいても長距離強磁性秩序は存在しないことが明らかになった。しかし、隣接するVイオン間には短距離の強磁性相互作用が存在しており、単層VSe$$_2$$が強磁性秩序を示す寸前の物質であることを明らかにした。

口頭

Short-range ferromagnetic interaction in a monolayer VSe$$_2$$ film revealed by element-specific X-ray magnetic circular dichroism

角田 一樹; 竹田 幸治; 日下 翔太郎*; 小林 功佳*; 平原 徹*

no journal, , 

Since the discovery of graphene, atomically thin two-dimensional van der Waals (2D vDW) materials have attracted a great deal of attention due to their rich properties. In 2018, the presence of the long-range ferromagnetic ordering in the monolayer VSe$$_2$$ was reported. Remarkably, the recorded Curie temperature of the monolayer VSe$$_2$$ film exceeded the room temperature. However, soon after the discovery of strong ferromagnetism, a number of controversial results emerged. In this work, we investigated the intrinsic magnetic properties and electronic structures of the monolayer and multilayer VSe$$_2$$ films by means of ARPES, first-principles calculations, and XMCD measurements. We succeeded in detecting a clear XMCD signal from the atomically thin VSe$$_2$$ films under a magnetic field. By manipulating the incidence angle of the X-ray, we were able to disentangle the in-plane and out-of-plane magnetic properties and found a strong magnetic anisotropy. Moreover, temperature-dependent XMCD revealed that there is no long-range ferromagnetic ordering even at 6 K, but short-range ferromagnetic interactions between vanadium ions exist in the two-dimensional plane.

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