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論文

Systematic changes of the electronic structure of the diluted ferromagnetic oxide Li-doped Ni$$_{1-x}$$Fe$$_x$$O with hole doping

小林 正起*; Hwang, J. I.*; Song, G.*; 大木 康弘*; 滝沢 優*; 藤森 淳; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 寺井 恒太*; 岡根 哲夫; et al.

Physical Review B, 78(15), p.155322_1 - 155322_4, 2008/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.26(Materials Science, Multidisciplinary)

The electronic structure of Li-doped Ni$$_{1-x}$$Fe$$_x$$O has been investigated using photoemission spectroscopy (PES) and X-ray absorption spectroscopy (XAS). The Ni $$2p$$ core-level PES and XAS spectra were not changed by Li doping. In contrast, the Fe$$^{3+}$$ intensity increased with Li doping relative to the Fe$$^{2+}$$ intensity. However, the increase of Fe$$^{3+}$$ is only $$sim 5%$$ of the doped Li content, suggesting that most of the doped holes enter the O $$2p$$ and/or the charge-transferred configuration Ni $$3d^8underline{L}$$. The Fe $$3d$$ partial density of states and the host valence-band emission near valence-band maximum increased with Li content, consistent with the increase of electrical conductivity. Based on these findings, percolation of bound magnetic polarons is proposed as an origin of the ferromagnetic behavior.

論文

Local electronic structure of Cr in the II-VI diluted ferromagnetic semiconductor Zn$$_{1-x}$$Cr$$_x$$Te

小林 正起*; 石田 行章*; Hwang, J. I.*; Song, G. S.*; 藤森 淳; Yang, C. S.*; Lee, L.*; Lin, H.-J.*; Huang, D.-J.*; Chen, C. T.*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 10, p.055011_1 - 055011_15, 2008/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:37.82(Physics, Multidisciplinary)

The electronic structure of the Cr ions in the diluted ferromagnetic semiconductor Zn$$_{1-x}$$Cr$$_x$$Te ($$x$$=0.03 and 0.15) thin films has been investigated using X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) and photoemission spectroscopy (PES). The line shape of the Cr $$2p$$ XMCD spectra is independent of $$H$$, $$T$$, and $$x$$, indicating that the ferromagnetism is originated from the same electronic states of the Cr ion. Cluster-model analysis indicates that the ferromagnetic XMCD signal is originated from Cr ions substituted for the Zn site. The Cr $$3d$$ partial density of states extracted using Cr $$2p to 3d$$ resonant PES shows a broad feature near the top of the valence band, suggesting strong $$s$$,$$p$$-$$d$$ hybridization. Based on these findings, we conclude that double exchange mechanism cannot explain the ferromagnetism in Zn$$_{1-x}$$Cr$$_{x}$$Te.

論文

X-ray magnetic circular dichroism and photoemission studies of ferromagnetism in CaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$ thin films

寺井 恒太*; 吉井 賢資; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 大和田 謙二; 稲見 俊哉; 岡根 哲夫; 有田 将司*; 島田 賢也*; et al.

Physical Review B, 77(11), p.115128_1 - 115128_6, 2008/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:45.59(Materials Science, Multidisciplinary)

We have studied the electronic and magnetic properties of epitaxially grown CaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$ thin films ($em x em = 1.0, 0.75, 0.5) by soft X-ray absorption (XAS), soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) and hard X-ray photoemission spectroscopy (HXPES) measurements. The XMCD studies indicated that the spin moments of Mn and Ru are aligned in opposite directions. The valence-band HXPES spectra revealed that the Ru 4{it d}$ $$t_{2g}$$ states around the Fermi level and the Mn 3${it d}$ $$t_{2g}$$ up-spin states centered $$sim$$ 2 eV below it, both of which showed systematic concentration dependences. From these results, we propose that the localized Mn 3${it d}$ $$t_{2g}$$ states and the itinerant Ru 4${it d}$ $$t_{2g}$$ band are antiferromagnetically coupled and give rise to the ferromagnetic ordering, in analogy to the mechanism proposed for double perovskite oxides such as Sr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$.

論文

Photoemission and X-ray absorption studies of valence states in (Ni,Zn,Fe,Ti)$$_3$$O$$_4$$ thin films exhibiting photoinduced magnetization

小林 正起*; 大木 康弘*; 滝沢 優*; Song, G. S.*; 藤森 淳; 竹田 幸治; 寺井 恒太*; 岡根 哲夫; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; et al.

Applied Physics Letters, 92(8), p.082502_1 - 082502_3, 2008/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:60.83(Physics, Applied)

By means of photoemission and X-ray absorption spectroscopy, we have studied the electronic structure of (Ni,Zn,Fe,Ti)$$_{3}$$O$$_{4}$$ thin films, which exhibits a cluster glass behavior with a spin-freezing temperature $$T_f$$ of $$sim 230$$ K and photo-induced magnetization (PIM) below $$T_f$$. The Ni and Zn ions were found to be in the divalent states. Most of the Fe and Ti ions in the thin films were trivalent (Fe$$^{3+}$$) and tetravalent (Ti$$^{4+}$$), respectively. While Ti doping did not affect the valence states of the Ni and Zn ions, a small amount of Fe$$^{2+}$$ ions increased with Ti concentration, consistent with the proposed charge-transfer mechanism of PIM.

論文

Soft X-ray magnetic circular dichroism study of Ca$$_{1-x}$$Sr$$_x$$RuO$$_3$$ across the ferromagnetic quantum phase transition

岡本 淳*; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 寺井 恒太*; 藤森 伸一; 村松 康司*; 吉井 賢資; 間宮 一敏*; 小出 常晴*; 藤森 淳; et al.

Physical Review B, 76(18), p.184441_1 - 184441_5, 2007/11

 被引用回数:21 パーセンタイル:29.75(Materials Science, Multidisciplinary)

Sr濃度xが0.3以上で強磁性に転移するCa$$_{1-x}$$Sr$$_x$$RuO$$_3$$の磁性と電子構造の関係をRu 3$$p$$及びO 1$$s$$内殻吸収分光の磁気円二色性(XMCD)を用いて研究した。XMCD構造はxが0.3付近で現れ、強磁性相ではxとともに単調に増大した。XMCD強度がxとともに単調に増大することはStoner型の遍歴強磁性に見られるものであるが、Ru 3$$p$$, O 1$$s$$ともにXMCDスペクトル形状に変化が見られなかったことはCa$$_{1-x}$$Sr$$_x$$RuO$$_3$$の遍歴強磁性が強い電子相関に影響されていることを示している。

論文

Phase change observed in ultrathin Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$TiO$$_3$$ films by in situ resonant photoemission spectroscopy

Lin, Y.-H.*; 寺井 恒太*; 和達 大樹*; 小林 正起*; 滝沢 優*; Hwang, J. I.*; 藤森 淳; Nan, C.-W.*; Li, J.-F.*; 藤森 伸一; et al.

Applied Physics Letters, 90(22), p.222909_1 - 222909_3, 2007/05

AA2007-0754.pdf:0.58MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:82.76(Physics, Applied)

パルスレーザー堆積法によりNbをドープしたSrTiO$$_3$$(100)基板上にBa$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$TiO$$_3$$のエピタキシャル薄膜を作製し、室温と低温で価電子帯のTi 2p$$rightarrow$$3dの共鳴光電子分光スペクトルを測定した。その結果膜厚が2.8nm($$sim$$7ML)と2.0nm($$sim$$5ML)の間で大きな違いがみられ、強誘電転移の臨界膜厚が2.0-2.8nmの範囲にあることがわかった。

論文

Electronic structure and magnetism of CaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$ thin films

寺井 恒太; 吉井 賢資; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 大和田 謙二; 稲見 俊哉; 岡根 哲夫; 有田 将司*; 島田 賢也*; et al.

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310(2, Part2), p.1070 - 1072, 2007/03

軟X線磁気円二色性(XMCD)及び硬X線光電子分光(HXPES)を用いて、エピタキシャル成長させたCaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$(x=1.0, 0.5)薄膜の電子,磁気構造を調べた。XMCD測定の結果RuとMnのスピン磁気モーメントが反並行の関係を持っていることがわかった。またHXPES測定の結果Ruの4d電子の構造がE$$_{F}$$近傍に存在し、一方Mn 3d電子の構造はE$$_{F}$$よりやや下の位置に存在することがわかった。以上結果より、Sr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$などのダブルペロブスカイトと類似した機構により、局在的なMn 3d t$$_{2g}$$と遍歴的なRu 4d t$$_{2g}$$の間で反強磁性的な相互作用が起こり、その結果強磁性が現れるものと考えられる。

論文

Soft X-ray magnetic circular dichroism study of weakly ferromagnetic Zn$$_{1-x}$$V$$_{x}$$O thin film

石田 行章*; Hwang, J. I.*; 小林 正起*; 竹田 幸治; 間宮 一敏*; 岡本 淳*; 藤森 伸一; 岡根 哲夫; 寺井 恒太*; 斎藤 祐児; et al.

Applied Physics Letters, 90(2), p.022510_1 - 022510_3, 2007/01

 被引用回数:20 パーセンタイル:33.56(Physics, Applied)

ワイドギャップ半導体ZnOを母体とした希薄磁性半導体は室温以上の強磁性転移温度(TC)が存在する可能性があるとして注目されている。Zn$$_{1-x}$$V$$_{x}$$OはTCが400K以上にあることが報告されたが、一方でその後の研究では強磁性的なふるまいが観測されないとの報告もある。本研究では磁化測定で350K以上で強磁性的ふるまいが観測されている試料に対して、軟X線磁気円二色性(XMCD)測定を行いV元素だけの磁性を調べた。XMCDの磁場依存性測定の結果から、得られたXMCDシグナルの9割程度は常磁性的なふるまいを示すが、弱い強磁性の存在を確認できた。また吸収スペクトルとXMCDスペクトルの形状とクラスター計算との比較からVイオンはZnに置換された2価であり、わずかにc軸方向に伸びた四配位であることがわかった。

論文

Soft X-ray magnetic circular dichroism study of UFe$$_2$$

岡根 哲夫; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 寺井 恒太; 斎藤 祐児; 村松 康司; 藤森 淳; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦

Physica B; Condensed Matter, 378-380, p.959 - 960, 2006/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:74.07(Physics, Condensed Matter)

立方晶ラーベス相化合物UFe$$_2$$は遍歴的な5f電子が磁性に関与する典型的物質の一つとして興味が持たれる。この物質のU原子の持つ非常に小さい磁気モーメントについては、同じ程度の大きさの軌道成分とスピン成分とが互いに逆向きに相殺し合うことによって実現されているという理論的予測が出されている。この点を実験的に確証するために、UFe$$_2$$について軟X線吸収磁気円二色性測定実験を行い、この物質のU 5f電子並びにFe 3d電子の持つ磁気モーメントの大ききをスピン成分と軌道成分を分離して定量的に求めた。

論文

Itinerant U 5$$f$$ band states in the layered compound UFeGa$$_5$$ observed by soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy

藤森 伸一; 寺井 恒太; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 村松 康司; 藤森 淳; 山上 浩志*; 常盤 欣文*; 池田 修悟; et al.

Physical Review B, 73(12), p.125109_1 - 125109_6, 2006/03

 被引用回数:19 パーセンタイル:32.17(Materials Science, Multidisciplinary)

常磁性体UFeGa$$_5$$に対して軟X線放射光($$hnu$$=500eV)を用いた角度分解光電子分光実験を行い、この化合物のバルクU 5$$f$$電子状態に敏感な電子状態を調べた。実験結果をU 5$$f$$電子を遍歴として取り扱ったLDAバンド計算と比較したところ、両者の一致は定性的なものであったが、フェルミ面の形状はよく再現された。この結果は、この化合物におけるU 5$$f$$電子は基本的に遍歴モデルで理解されることを示している。

口頭

PLD法によるCaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$薄膜の作製と磁気円二色性測定

寺井 恒太; 岡根 哲夫; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 吉井 賢資; 小林 啓介*; 藤森 淳

no journal, , 

偽2元化合物のCaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$(CMRO)は、エンド組成では強磁性を示さないにもかかわらず、固溶体が強磁性を示すことから興味がもたれている。今回、このCMROの単結晶薄膜をパルスレーザー堆積(PLD)法を用いて作製し、軟X線内殻吸収磁気円二色性(XMCD)を行い強磁性モーメントを測定したので報告する。PLDによる試料作製及びXMCD測定はすべてSPring-8のBL23SUで行った。XMCD測定の結果、Mnのスピン磁気モーメントとRuのスピン磁気モーメントが反並行の配向を持っていることがわかった。このことから、CMROの小さいトータルモーメントは、MnのスピンモーメントとRuのスピンモーメントの差し引きによるものと考えられる。

口頭

UFe$$_2$$の軟X線吸収磁気円二色性測定

岡根 哲夫; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 寺井 恒太; 斎藤 祐児; 小林 啓介*; 藤森 淳*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦*

no journal, , 

立方晶ラーベス相化合物UFe$$_2$$はキュリー温度160Kの強磁性体である。中性子散乱実験からはU原子について非常に小さい磁気モーメントの存在が示唆されている。理論計算からは、U原子の磁気モーメントが小さくなるメカニズムとして、同じ程度の大きさの軌道磁気モーメントとスピン磁気モーメントが互いに逆向きに相殺し合うという予測が出されているが、この予測を実験的に確認することは、この物質が磁性元素を2種類含んでいることから困難である。そこで本研究ではUFe$$_2$$に対してX線吸収磁気円二色性(XMCD)測定を行うことによって、磁気モーメントの大きさをFe 3d電子によるものとU 5f電子によるものに分離して、さらには各々についてスピン成分と軌道成分とに分離して定量的に求め、この物質の磁性状態の詳細を明らかにした。

口頭

軟X線吸収磁気円二色性測定によるCaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$強磁性発現機構の理解

寺井 恒太; 岡根 哲夫; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 吉井 賢資; 大和田 謙二; 稲見 俊哉; 有田 将司*; 島田 賢也*; et al.

no journal, , 

ペロブスカイト型偽2相混合結晶であるCaMn$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$O$$_{3}$$(CMRO)は、それぞれのエンド組成の物質が強磁性を示さないにもかかわらず、混合することで強磁性を示すことが知られている。この物質の強磁性発現機構を理解することは、同様の遷移金属化合物を用いた新強磁性材料探索に有益な知見をもたらすものと考えられる。パルスレーザー堆積(PLD)装置を用いて作製したCMRO薄膜試料に対し、軟X線内殻吸収磁気円二色性(XMCD)測定を行った結果、MnとRuのスピン磁気モーメントが反並行の関係を持っていることが確認できた。この異なる遷移金属のスピンモーメント間の関係はSr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$に代表される半金属物質と類似しており、この物質系で提案されているd電子のt$$_{2g}$$軌道混成モデルをCMROに対して用いた結果、CMROの強磁性をよく説明できることがわかった。以上のことから、遷移金属間のスピンモーメントが物性に強く関与するとともに、この物質特有の電子構造がCMROの強磁性発現にとって重要であることが理解できた。

口頭

CaMn$$_{1-x}$$Ru$$_x$$O$$_3$$薄膜の電子構造と磁性発現機構

寺井 恒太; 岡根 哲夫; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 稲見 俊哉; 山上 浩志; 小林 啓介*; 島田 賢也*; 有田 将司*; et al.

no journal, , 

CaMn$$_{1-x}$$Ru$$_x$$O$$_3$$(CMRO)は、それぞれのエンド組成の物質が強磁性を示さないにもかかわらず、混合することで強磁性を示すことが知られている。これまでこの物質の強磁性発現機構を理解するため、PLD法を用いて作製したCMRO薄膜試料に対し、軟X線内殻吸収磁気円二色性(XMCD)や光電子分光(PES)測定を行ってきた。その結果、MnとRuのスピン磁気モーメントが反平行の関係を持っており、MnとRuの組成比に依存してE$$_F$$近傍の電子状態密度が系統的に変化していることが明らかになってきている。XMCDの測定結果に見られる、異なる遷移金属間のスピン磁気モーメントの関係はSr$$_2$$FeMoO$$_6$$ に代表されるハーフメタル物質と類似している。この物質系で提案されているd電子の軌道混成モデルをCMROに対して用いると、MnとRuの軌道混成によりRu t$$_{2g}$$のアップ・ダウンスピンの状態密度に偏りができると予想される。その結果、Mnのスピン磁気モーメントと逆向きのモーメントをRuが持つものと考えられる。これは、実験により得られたXMCD及びPESの結果とも矛盾がなくCMROの磁性をよく説明できている。

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