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Detecting halfmetallic electronic structures of spintronic materials in a magnetic field

藤原 秀紀*; 梅津 理恵*; 黒田 文彬*; 宮脇 淳*; 樫内 利幸*; 西本 幸平*; 永井 浩大*; 関山 明*; 入澤 明典*; 竹田 幸治; et al.

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.18654_1 - 18654_9, 2021/09


Band-gap engineering is one of the fundamental techniques in semiconductor technology. To fully utilize the spintronic material, it is essential to optimize the spin-dependent electronic structure in operando conditions by applying the magnetic and/or electric fields. Here we present a new spectroscopic technique to probe the spin-polarized electronic structures by using magnetic circular dichroism (MCD) in resonant inelastic soft X-ray scattering (RIXS) under an external magnetic field. Thanks to the spin-selective dipole-allowed transitions in the RIXS-MCD, we have successfully demonstrated the direct evidence of the perfectly spin-polarized electronic structures for the prototypical halfmetallic Heusller alloy, Co$$_{2}$$MnSi. The RIXS-MCD is a promising tool to probe the spin-dependent carriers and band-gap with element specific way induced in buried magnetic layers under operando conditions.


Insight into Kondo screening in the intermediate-valence compound SmOs$$_4$$Sb$$_{12}$$ uncovered by soft X-ray magnetic circular dichroism

斎藤 祐児; 藤原 秀紀*; 保井 晃*; 門野 利治*; 菅原 仁*; 菊地 大輔*; 佐藤 英行*; 菅 滋正*; 山崎 篤志*; 関山 明*; et al.

Physical Review B, 102(16), p.165152_1 - 165152_8, 2020/10

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

Through a high-precision soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) study of the intermediate-valence compound SmOs$$_4$$Sb$$_{12}$$, we show our successful approach of revealing unprecedented details of Kondo screening below a characteristic temperature of $$ T_{0} sim$$ 20 K in the paramagnetic phase. The multiplet XMCD structure at the Sm $$M_{5}$$ edge sensitive to the 4$$f$$ configuration enabled us to observe a clear difference between the temperature evolution above and below $$T_{0}$$ with one- and two-component behavior, respectively. Our findings are in strong contrast to the conventional Kondo crossover that coincides with the valence transition, but are qualitatively accounted for by theoretical XMCD predictions combined with the two-fluid phenomenology recently proposed. This work contributes to the large context of Kondo physics that is closely related to quantum criticality in heavy fermion systems.


Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn$$_{2}$$VAl probed by soft X-ray spectroscopies

永井 浩大*; 藤原 秀紀*; 荒谷 秀和*; 藤岡 修平*; 右衛門佐 寛*; 中谷 泰博*; 木須 孝幸*; 関山 明*; 黒田 文彬*; 藤井 将*; et al.

Physical Review B, 97(3), p.035143_1 - 035143_8, 2018/01


 被引用回数:13 パーセンタイル:63.24(Materials Science, Multidisciplinary)

フェリ磁性体Mn$$_{2}$$VAl単結晶の電子構造を軟X線吸収磁気円二色性(XMCD)、軟X線共鳴非弾性散乱(RIX)によって調べた。全ての構成元素のXMCD信号を観測した。Mn L$$_{2,3}$$ XMCDの結果は、密度汎関数理論を基にしたスペクトル計算により再現でき、Mn 3$$d$$状態の遍歴的性質が明らかとなった。V L$$_{2,3}$$XMCDの結果はイオンモデル計算によって定性的に説明され、V 3$$d$$電子はかなり局在的である。この描像は、V L$$_{3}$$ RIXSで明らかとなった局所的な$$dd$$遷移と矛盾しない。


Probing strongly correlated 4$$f$$-orbital symmetry of the ground state in Yb compounds by linear dichroism in core-level photoemission

森 健雄*; 北山 賢*; 金井 惟奈*; 内免 翔*; 藤原 秀紀*; 東谷 篤志*; 玉作 賢治*; 田中 新*; 寺嶋 健成*; 今田 真*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 83(12), p.123702_1 - 123702_5, 2014/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:71.43(Physics, Multidisciplinary)



Direct $$kappa$$-space mapping of the electronic structure in an oxide-oxide interface

Berner, G.*; Sing, M.*; 藤原 秀紀*; 保井 晃*; 斎藤 祐児; 山崎 篤志*; 西谷 嘉人*; 関山 明*; Pavlenko, N.*; Kopp, T.*; et al.

Physical Review Letters, 110(24), p.247601_1 - 247601_5, 2013/06

 被引用回数:114 パーセンタイル:96.96(Physics, Multidisciplinary)



Photoemission study of (V$$_{1-x}$$$$M$$$$_{x}$$)$$_{2}$$O$$_{3}$$ ($$M$$=Cr,Ti)

Mo, S.-K.*; Kim, H.-D.*; Denlinger, J. D.*; Allen, J. W.*; Park, J.-H.*; 関山 明*; 山崎 篤志*; 菅 滋正*; 斎藤 祐児; 室 隆桂之*; et al.

Physical Review B, 74(16), p.165101_1 - 165101_12, 2006/10

 被引用回数:44 パーセンタイル:84.54(Materials Science, Multidisciplinary)

(V$$_{1-x}$$$$M$$$$_{x}$$)$$_{2}$$O$$_{3}$$($$M$$=Cr,Ti)の高分解能,バルク敏感光電子スペクトルについて報告する。測定は、常磁性金属相(PM),常磁性絶縁体相(PI),反強磁性絶縁体相(AFI)で行った。PM相では、顕著な準粒子ピークを観測し、局所密度近似による動的平均場理論と全般的には一致した。その準粒子ピークは理論と比べると、著しく幅が広く強度が強い。PI及びAFI相の両方において、価電子スペクトルのV 3$$d$$部分は、単純な一つのピークではない。PI相においては、未だに良い理論的理解はない。PI層からAFI層への転移において、エネルギーギャプのサイズが増加し、ケミカルポテンシャル近傍のスペクトル強度が増える。同じ相で異なった組成での試料に対するスペクトルは、ドープした元素によらず、ドープ量に比例した興味深い単調な変化を示した。Crのドープ量を増やすと、AFI相のギャップが小さくなり、PI層のギャップが大きくなる。


Photoemission spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy studies of the superconducting pyrochlore oxide Cd$$_{2}$$Re$$_{2}$$O$$_{7}$$

入澤 明典*; 東谷 篤志*; 笠井 修一*; 笹林 武久*; 重本 明彦*; 関山 明*; 今田 真*; 菅 滋正*; 酒井 宏典; 大野 浩之*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 75(9), p.094701_1 - 094701_5, 2006/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.33(Physics, Multidisciplinary)



Soft-X-ray high-resolution photoemission study on the valence transitions in YbInCu$$_{4}$$

佐藤 仁*; 吉河 訓太*; 平岡 耕一*; 有田 将司*; 藤本 浩二*; 小島 健一*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 関山 明*; 菅 滋正*; et al.

Physical Review B, 69(16), p.165101_1 - 165101_6, 2004/04

 被引用回数:31 パーセンタイル:77.88(Materials Science, Multidisciplinary)



Resonant photoemission spectroscopy study of impurity-induced melting in Cr- and Ru-doped Nd$$_{1/2}$$A$$_{1/2}$$MnO$$_{3}$$ (A=Ca,Sr)

Kang, J.-S.*; Kim, J. H.*; 関山 明*; 笠井 修一*; 菅 滋正*; Han, S. W.*; Kim, K. H.*; Choi, E. J.*; 木村 剛*; 室 隆桂之*; et al.

Physical Review B, 68(1), p.012410_1 - 012410_4, 2003/07


 被引用回数:20 パーセンタイル:68.29(Materials Science, Multidisciplinary)

非常に希薄にCr及びRuをドープしたNd$$_{1/2}$$A$$_{1/2}$$MnO$$_{3}$$ (NAMO) (A=Ca,Sr)マンガナイトの電子状態をMn及びCrの2p$$rightarrow$$3d共鳴光電子分光を用いて調べた。すべてのCr及びRuをドープしたNAMOシステムにおいてMnのe$$_{g}$$成分による金属的なフェルミ端が観測され、これらのシステムの金属的な性質をよく説明する。t$$_{2g}$$$$^{3}$$配置を取るCrの3d状態は、フェルミエネルギーの下約1.3eVにあり、またCrのe$$_{g}$$状態はフェルミエネルギー近傍のバンド形成には関与していない。Cr及びRuが誘起する強磁性と金属-絶縁体転移は、測定によって得られた電子構造によって理解できる。


Prominent quasiparticle peak in the photoemission spectrum of the metallic phase of V$$_{2}$$O$$_{3}$$

Mo, S.-K.*; Denlinger, J. D.*; Kim, H.-D.*; Park, J.-H.*; Allen, J. W.*; 関山 明*; 山崎 篤志*; 角野 宏治*; 菅 滋正*; 斎藤 祐児; et al.

Physical Review Letters, 90(18), p.186403_1 - 186403_4, 2003/05


 被引用回数:134 パーセンタイル:95.62(Physics, Multidisciplinary)



Bulk-sensitive photoemission spectroscopy of $$A_{2}$$FeMoO$$_{6}$$ double perovskites ($$A$$=Sr, Ba)

Kang, J.-S.*; Kim, J. H.*; 関山 明*; 笠井 修一*; 菅 滋正*; Han, S. W.*; Kim, K. H.*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; Hwang, C.*; et al.

Physical Review B, 66(11), p.113105_1 - 113105_4, 2002/09

 被引用回数:63 パーセンタイル:90.51(Materials Science, Multidisciplinary)

ダブルペロブスカイト構造をとるSr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$及びBa$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$の電子状態をFeの2p-3d共鳴光電子分光及びMo 4d光イオン化断面積のクーパーミニマムを利用して調べた。フェルミレベル近傍はMoとFeのt$$_{2g}$$が強く混ざった状態であり、Feは純粋な+3価のイオンでは無いことがわかった。Feの2p$$_{3/2}$$のX線吸収スペクトルはFe$$^{2+}$$とFe$$^{3+}$$混合原子価であることを示し、Sr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$の方がBa$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$よりもFe$$^{2+}$$成分が多く、二重交換相互作用が有効に働いていることを示唆する。価電子帯の光電子スペクトルは局所スピン密度近似+Uの計算結果とよく一致する。


High-resolution resonance photoemission study of Ce$$MX$$ ($$M$$=Pt, Pd; $$X$$=P, As, Sb)

岩崎 剛之*; 関山 明*; 山崎 篤志*; 岡崎 誠*; 角野 宏治*; 宇都宮 裕*; 今田 真*; 斎藤 祐児; 室 隆桂之*; 松下 智裕*; et al.

Physical Review B, 65(19), p.195109_1 - 195109_9, 2002/05

 被引用回数:23 パーセンタイル:72.01(Materials Science, Multidisciplinary)

低い近藤温度を持つCeMX (M=Pt, Pd; X=P, As, Sb)の Ce 3d-4f共鳴光電子分光を高いエネルギー分解能にて行い、Ce 4d-4f共鳴光電子分光の結果と比較を行った。実験結果は、低い近藤温度の物質においても表面とバルク電子状態が大きく異なることを示した。Ce 4f成分の寄与のない価電子帯スペクトルは、同じ構造をもつLaMXのバンド計算を用いて説明できた。実験で得られたCe 4f成分は、不純物アンダーソンに基づいたNCA(noncrossing approximation)計算によってよく再現でき、表面とバルクのCe 4f電子状態の違いを説明するのにもっと重要な要因がCe 4f準位シフトであることがわかった。さらに、CeMXのCe 4f状は、p-d反結合状態と優先的に混成することがわかった。


Orbital angular momentum and interpretation of core-absorption magnetic circular dichroism on the band picture in Co-based Heusler alloys Co$$_{2}Y$$Sn ($$Y$$=Ti, Zr, and Nb)

山崎 篤志*; 今田 真*; 新井 龍志*; 宇都宮 裕*; 菅 滋正*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 鹿又 武*; 石田 尚治*

Physical Review B, 65(10), p.104410_1 - 104410_6, 2002/03

 被引用回数:51 パーセンタイル:87.72(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性ホイスラー合金であるCo$$_{2}$$TiSn,Co$$_{2}$$ZrSn及びCo$$_{2}$$NbSnに対して、軟X線領域の内殻吸収磁気円二色性(XAS-MCD)を測定した。Coの2p-3d XAS-MCDスペクトルで観測された多くのピーク構造は、原子多重項計算よりも、バンド計算によって予想されたCoの3d非占有状態によってうまく説明することができる。MCDスペクトルは、軌道モーメントが磁気モーメントに寄与していることを示している。MCDスペクトル解析から得られた軌道モーメントとスピンモーメントの比は、これらの物質間で二倍以上の違いが有る。この変化のメカニズムを、バンド計算の結果と比較して議論した。


Soft X-ray beamline for spectroscopy of solids at SPring-8

斎藤 祐児; 木村 洋昭*; 鈴木 芳生*; 中谷 健*; 松下 智裕*; 室 隆桂之*; 宮原 恒あき*; 藤澤 正美*; 曽田 一雄*; 上田 茂典*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 467-468(Part.1), p.553 - 556, 2001/07

 被引用回数:23 パーセンタイル:83.66(Instruments & Instrumentation)



Magnetic circular dichroism in the soft X-ray absorption spectra of intercalation compounds Fe$$_{x}$$TiS$$_{2}$$

山崎 篤志*; 今田 真*; 宇都宮 裕*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 根岸 寛*; 佐々木 実*; 井上 正*; 菅 滋正*

Physica E, 10(1-3), p.387 - 390, 2001/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:33.67(Nanoscience & Nanotechnology)

インターカレーション化合物Fe$$_{x}$$TiS$$_{2}$$の磁気モーメントの起源を直接調べるため、軟X線磁気円2色性(MCD)スペクトルの測定を行った。Ti 2pスペクトルにおいて明瞭なMCDスペクトルが観測され、Feの3d状態との混成によりTi原子に磁気モーメントが誘起されていることを示唆する。Fe及びTi原子の軌道及びスピン磁気モーメントを磁気総和則を用いて評価を行った。Fe原子の軌道磁気モーメントは、xの増加にともない1原子あたり0.7から0.3$$mu_{B}$$に減少し、Feの3d状態がxの増加とともに遍歴性が増すことを示している。一方、Ti原子の軌道モーメントは1原子あたり0~0.06$$mu_{B}$$と見積もられた。


Magnetic circular dichroism in Mn 2p core absorption of Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As

上田 茂典*; 今田 真*; 室 隆桂之*; 斎藤 祐児; 菅 滋正*; 松倉 文礼*; 大野 英男*

Physica E, 10(1-3), p.210 - 214, 2001/05

 被引用回数:23 パーセンタイル:74.05(Nanoscience & Nanotechnology)

希薄磁性半導体Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As(x=0.025)のMn 2p内殻光吸収における磁気円2色性の測定をファラデー配置にて行った。得られたスペクトルを配置間相互作用を考慮したクラスターモデルを用いて解析し、3d電子間のクーロン相互作用,電荷移動エネルギー,Mn 3dとAs 4p間の移動積分,結晶場の大きさといったMn電子状態に関するパラメータの値を得た。また、得られたパラメータ値を用いp-d交換定数を評価した。


High-resolution soft X-ray absorption spectroscopy of solids

斎藤 祐児; 室 隆桂之*; 小嗣 真人*; 岩崎 剛之*; 関山 明*; 今田 真*; 菅 滋正*

Journal of Synchrotron Radiation, 8(Part2), p.339 - 341, 2001/03



Performance of a very high resolution soft X-ray beamline BL25SU with a twin-helical undulator at SPring-8

斎藤 祐児; 木村 洋昭*; 鈴木 芳生*; 中谷 健*; 松下 智裕*; 室 隆桂之*; 宮原 恒あき*; 藤澤 正美*; 曽田 一雄*; 上田 茂典*; et al.

Review of Scientific Instruments, 71(9), p.3254 - 3259, 2000/09

 被引用回数:179 パーセンタイル:99.03(Instruments & Instrumentation)



Probing bulk states of correlated electron systems by high-resolution resonance photoemission

関山 明*; 岩崎 剛之*; 松田 京子*; 斎藤 祐児; 大貫 惇睦*; 菅 滋正*

Nature, 403(6768), p.396 - 398, 2000/01

 被引用回数:244 パーセンタイル:99(Multidisciplinary Sciences)



Twin helical undulator beamline for soft X-ray spectroscopy at SPring-8

斎藤 祐児; 中谷 健*; 松下 智裕*; 宮原 恒あき*; 藤沢 正美*; 曽田 一雄*; 室隆 桂之*; 上田 茂典*; 原田 英幸*; 関山 明*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 5, p.542 - 544, 1998/00

 被引用回数:62 パーセンタイル:94.94(Instruments & Instrumentation)


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