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論文

Attempt to measure magnetic hyperfine fields in metallic thin wires under spin Hall conditions using synchrotron-radiation M$"o$ssbauer spectroscopy

壬生 攻*; 三井 隆也; 田中 雅章*; 増田 亮*; 北尾 真司*; 小林 康浩*; 依田 芳卓*; 瀬戸 誠*

Journal of Applied Physics, 117(17), p.17E126_1 - 17E126_4, 2015/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.61(Physics, Applied)

Measurement of the magnetic hyperfine fields in metallic thin wires under spin Hall conditions was attempted using the emerging technique synchrotron radiation M$"o$ssbauer spectroscopy. A M$"o$ssbauer probe layer of $$^{57}$$Fe(0.2 nm), $$^{57}$$Fe(0.6 nm), or $$^{119}$$Sn(0.6 nm) was embedded as an electron spin detector near the surfaces of V, Au, Pt, and $$^{56}$$Fe wires. The magnitudes of the magnetic hyperfine fields at the $$^{57}$$Fe and $$^{119}$$Sn nuclear sites that could be enhanced by nonequilibrium conduction electron spin polarization were measured both without and with the application of an electric current along the wire. Changes in the M$"o$ssbauer spectra were not clearly observed, indicating that the magnetic hyperfine field induced by nonequilibrium spin polarization is smaller than the detection limit at least for the measured systems and conditions.

論文

$$^{57}$$Fe polarization dependent synchrotron M$"o$ssbauer spectroscopy using a diamond phase plate and an iron borate nuclear Bragg monochromator

三井 隆也; 今井 康彦*; 増田 亮*; 瀬戸 誠*; 壬生 攻*

Journal of Synchrotron Radiation, 22(2), p.427 - 435, 2015/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.51(Instruments & Instrumentation)

Energy domain $$^{57}$$Fe polarization dependent synchrotron radiation M$"o$ssbauer spectroscopy was developed by using a diamond X-ray phase plate and an iron borate nuclear Bragg monochromator. The former controls the polarization of the incident synchrotron radiation X-rays and the latter filters the $$^{57}$$Fe M$"o$ssbauer radiation with a narrow bandwidth of 15 neV from the broadband synchrotron radiation. The developed nuclear diffraction optics allowed $$^{57}$$Fe M$"o$ssbauer studies to beperformed with various polarization states. In this paper, the spectrometer system, beam characterization, performance test experiments and a grazing incidence M$"o$ssbauer measurement of an isotope enriched iron thin film are described.

論文

Synchrotron radiation $$^{57}$$Fe-M$"o$ssbauer spectroscopy using nuclear monochromator

三井 隆也; 増田 亮; 平尾 直久*; 壬生 攻*; 瀬戸 誠

Hyperfine Interactions, 204(1-3), p.97 - 100, 2012/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.39

An energy domain synchrotron radiation SR $$^{57}$$Fe M$"o$ssbauer spectrometer has been developed using a pure nuclear Bragg reflection from an oscillating $$^{57}$$FeBO$$_{3}$$ single crystal at the N$'e$el temperature. The spectrometer can filter the Doppler-shifted single line $$^{57}$$Fe M$"o$ssbauer radiation with neV order bandwidth of from a broadband SR source. This beam allows the researchers to easily perform conventional transmission and scattering M$"o$ssbauer spectroscopy MS with some excellent beam properties. In this paper, the design, performance and recent states of the developed SR MS spectrometer are reported. Moreover, the application studies, features, advantages and potential benefits of newly measurement techniques are presented, which include the study on the magnetic phase transition of iron related hydrides under ultrahigh hydrogen pressures, the local analysis of thin films with grazing incidence geometry and the feasibility study of Rayleigh scattering of $$^{57}$$Fe M$"o$ssbauer radiation.

論文

Grazing-incidence synchrotron-radiation $$^{57}$$Fe-M$"o$ssbauer spectroscopy using a nuclear Bragg monochromator and its application to the study of magnetic thin films

三井 隆也; 増田 亮*; 瀬戸 誠; Suharyadi, E.*; 壬生 攻*

Journal of Synchrotron Radiation, 19(2), p.198 - 204, 2012/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.61(Instruments & Instrumentation)

メスバウアー分光を単結晶基板上のナノ構造体に適用する場合、RI線源による従来のメスバウアー分光では低温測定や磁場・電場中等の実験環境に対する制約が多く、低プローブ濃度試料の測定などは困難である。それを補う手法として全反射配置の測定が有望視され、基礎的研究が数多く実施されてきたが、指向性の全くないRI線源では強度が得られず、実用化されなかった。最近、われわれは、$$^{57}$$Feを富化した反強磁性体完全単結晶を用いることで、放射光からRI線源の10万倍以上の輝度を有する高輝度メスバウアービームの生成に成功した。本ビームを全反射メスバウアー分光に適用すれば、ナノ材料の局所分析技術を格段に発展させることができる。われわれは、高輝度メスバウアービームを利用して、$$^{57}$$Feを90%富化した場合と自然鉄($$^{57}$$Fe:2%)で製作した場合の鉄薄膜の全反射スペクトル特性を調べることで電子散乱と核共鳴散乱及び許容な核遷移間の干渉効果がスペクトル形状に与える影響を明らかにした。本論文では、上記の実験に加え、同位体置換法を併用した磁性薄膜の表面界面の単原子層レベルでの磁気構造解析法について述べる。

論文

One-dimensional and spherical polarization analysis of artificially confined spin-density waves in Cr/Sn multilayers

武田 全康; 中村 充孝; 加倉井 和久; 壬生 攻*; Leli$`e$vre-Berna, E.*

Physica B; Condensed Matter, 397(1-2), p.56 - 58, 2007/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

非磁性元素であるSnの単原子層を数十原子層の厚みを持つCr層と交互に積層したCr(001)/Snエピタキシャル膜では、ネール点以下でバルクの金属Crと同様にスピン密度波が形成される。しかし、この多層膜のなかに実現するスピン密度波は、バルク中に存在するものに比較してかなり異質である。それは、金属CrのFermi面が本来持つネステイングベクトルで決まる周期性と、Sn層を周期的に挿入したことによる人工的な周期が競合するためである。われわれは、この多層膜に対する従来の偏極中性子解析法に加えて3次元偏極中性子解析法を加えて、磁気構造を詳細に調べた。

論文

Magnetic structure of spin-density waves in Cr(001)/Sn multilayers with periodic monatomic spacer layers of nonmagnetic Sn

武田 全康; 壬生 攻*; 新庄 輝也*; 遠藤 康夫*; 鈴木 淳市

Physical Review B, 70(10), p.104408_1 - 104408_9, 2004/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:56.91(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子回折とメスバウアー分光を使って単原子層の非磁性Snを周期的に挿入したCr(001)/Sn多層膜のCrのスピン密度波(SDW)の構造について詳細に調べた。240nmの厚さのCr薄膜を基本構造として、全体の層厚を240nmに保ったまま、Sn層にはさまれたCr層の厚さを4.0nmから16.0nmになるように試料を作成した。すべての試料で、300KではバルクのCrで見られるSDW構造が観測されずに単純な反強磁性構造(CAF)を示すことがわかった。低温にすると、バルクでのSDWの波長よりも短いCr層厚を持つ4.0nmの試料では、このCAF構造はそのまま保たれているが、それよりも長いCr層厚を持つ試料では、低温でSDW構造に変わったが、その磁気構造はSn層できられたCr層の厚さによって大きく変化した。特に、Cr層厚が10.0nmの試料では温度領域によって、SDWの波長が非連続的に変化するのが観測された。これは、SDWを作ろうとするフェルミ面のネスティング効果で決まる波長とSnを挿入したことで導入された人工的な周期ポテンシャルによる競合の結果であると解釈される。

論文

Growth-orientation dependence of magnetic properties of Cr-based multilayers with $$^{119}$$Sn monatomioc layers

慈幸 範洋*; Almokhtar, M.*; 武田 全康; 鈴木 淳市; 新庄 輝也*; 壬生 攻*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272-276(Part2), p.1233 - 1234, 2004/05

Cr/Sn及びFe/Cr/Sn/Cr多層膜の磁性のエピタキシャル成長方向依存性を調べた。Fe/Sr/Sn/Cr多層膜では、(011)と(001)方向に成長させた多層膜において、Cr磁気モーメントが縮むことがわかった。また、(011)の方が(001)よりも影響を大きく受けることがわかった。80$AA $のCr層厚を持つCr/Sn多層膜では、(011)に成長した膜ではバルクで観測されるスピン密度波ではなく、単純な反強磁性構造が現れるが、(001)の場合には、膜面に垂直な波数ベクトルを持つスピン密度波が低温で観測された。

口頭

Competition between interface effect and nesting effect in Cr-based multilayers with monatomic layers of X (X = Sn, Au, Ag, V, or Fe)

壬生 攻*; 慈幸 範洋*; 大塚 祐平*; 武田 全康

no journal, , 

非磁性原子であるスズ,金,銀,バナジウム、そして強磁性原子である鉄を単原子層として周期的にCr薄膜のなかに埋め込んだ多層膜中のCrの磁気構造を3軸型中性子分光器を用いて調べた。Crの持つ磁気構造は室温と10Kの間で大きく変化するが、その変化の様子は単原子層の間に挟まれたCr層の厚さが同じであっても、単原子層として挿入されたXによって大きく変わることがわかった。このことは、CrとXの界面でCrの磁気モーメントの増大や減少を引き起こす界面効果と、本来、Cr原子がバルク固有の性質として持つネスティング効果の競合による結果であると解釈できる。

口頭

Cr(001)/Sn多層膜中のスピン密度波の波長不連続転移

武田 全康; 加倉井 和久; 壬生 攻*

no journal, , 

非磁性原子であるSnの単原子層を周期的に挿入したCr(001)/Sn多層膜では、Cr元素が固有に持つフェルミ面のネスティング効果と、Snを挿入したことによる人工的な周期的境界条件との競合によって、バルクとは異なるスピン密度波(SDW)が誘起される。最も大きな特徴は、Sn層によるCrの磁気モーメントのピンニング効果によって、SDWの腹がSnの位置に固定されることである。一方で、本質的にCrのSDWの波長を決定するネスティングベクトルの大きさは温度変化をするため、両者の競合により、SDWの波長が温度変化により不連続に変わること(Phase slip transition)が期待される。10.2nmの人工周期をもつCr/Sn多層膜について、JRR-3のTAS-1とTAS-2分光器を使ってこの相転移の詳細を調べたので、その実験の詳細と結果を報告する。

口頭

3次元中性子偏極解析法によるCr(001)/Sn人工格子の磁気構造解析と波長不連続転移

武田 全康; 加倉井 和久; 壬生 攻*

no journal, , 

非磁性原子であるSnの単原子層を周期的に挿入したCr(001)/Sn多層膜では、Cr元素が固有に持つフェルミ面のネスティング効果と、Snを挿入したことによる人工的な周期的境界条件との競合によってバルクとは異なるスピン密度波(SDW)が誘起される。この磁気構造を3次元中性子偏極解析装置を用いて解析した結果と、SDWの波長が温度によって不連続に変化する現象について報告する。

口頭

超高輝度プローブ光による全反射メスバウアー分光の開発研究

三井 隆也; 瀬戸 誠; 増田 亮; 壬生 攻*

no journal, , 

メスバウアー分光を単結晶基板上のナノ構造体に適用する場合、RI線源によるCEMS法では低温測定や磁場・電場中等の実験環境に対する制約が多く、低プローブ濃度試料の測定などは困難である。これを補う手法として全反射配置の測定が有望視され、基礎的研究が数多く実施されてきたが、指向性のないRI線源では強度が得られず、実用化できない状況にあった。最近、われわれは、$$^{57}$$Feを富化した反強磁性体完全単結晶を用いることで、放射光からRI線源の10万倍の輝度を持つ高輝度メスバウアービームの生成に成功した。本ビームを全反射メスバウアー分光に適用すれば、ナノ材料の局所分析技術を格段に発展させることができる。われわれは、高輝度メスバウアービームを利用して、$$^{57}$$Feを95パーセント富化した場合と自然鉄(2パーセント:$$^{57}$$Fe)で製作した場合の鉄薄膜の全反射スペクトル特性を調べることで電子散乱と核共鳴散乱及び許容な核遷移間の干渉効果がスペクトル形状に与える影響を明らかにした。本報告では、上記の実験に加え、同位体置換法を併用した磁性薄膜の表面界面の単原子層レベルでの磁気構造解析法を紹介する。

口頭

X線移送子を用いた放射光偏光メスバウアー分光法の開発研究

三井 隆也; 今井 康彦*; 瀬戸 誠*; 平尾 直久*; 松岡 岳洋*; 壬生 攻*

no journal, , 

円偏光や直線偏光を用いたメスバウアー分光は、共鳴元素のスピン配向の決定や$$gamma$$線円二色性及び核共鳴に寄与する準位の選択的な励起を利用した高精度な超微細構造解析に極めて有用であることがこれまでの基礎研究から明らかだが、通常のRI線源から照射される$$gamma$$線には偏光性が全くないため、偏光メスバウアー分光が実材料研究に有効利用されているとは言えない状況にある。一方、高輝度放射光X線と核分光器を利用した放射光メスバウアー分光法においては、X線移送子を併用することで極めて簡単にプローブ$$gamma$$線の偏光状態を制御した測定を実施できる。本報告では、我々が開発に成功した直線・円偏光に加えて無偏光の$$^{57}$$Feメスバウアー$$gamma$$線を生成して利用できる移送子と核モノクロメーターから成る核共鳴回折光学系の原理と実証実験を紹介すると共に、精密スピン構造解析における有効性を明らかにする。また、応用研究として、RI線源による測定では実施困難なダイアモンドアンビルセルを用いたGPa級超高圧水素下における希土類鉄フェリ磁性体のスピン再配列現象を初めて観測した実験の結果についても報告する。

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