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論文

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

https://doi.org/10.1038/s41598-021-97992-z

被引用回数：0 パーセンタイル：0(Multidisciplinary Sciences)

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.

論文

Microstructures and interface magnetic moments in Mn $_{2}$ VAl/Fe layered films showing exchange bias

窪田崇秀*; 嶋田雄介*; 土屋朋生*; 吉川智己*; 伊藤啓太*; 竹田幸治; 斎藤祐児; 今野豊彦*; 木村昭夫*; 高梨弘毅*

Nanomaterials (Internet), 11(7), p.1723_1 - 1723_11, 2021/07

https://doi.org/10.3390/nano11071723

被引用回数：2 パーセンタイル：17.84(Chemistry, Multidisciplinary)

Heusler alloys exhibit various magnetic properties. In this study, a layered sample consisting of a Heusler alloy, Mn $_{2}$ VAl and a ferromagnet, Fe, is selected as a material system exhibiting exchange bias. Although the fully ordered Mn $_{2}$ VAl is known as a ferrimagnet, the Mn $_{2}$ VAl/Fe layered structure exhibits exchange bias. The high-angle annular dark field STEM images demonstrated the formation of Mn $_{2}$ VAl clusters with the L2 $_{1}$ phase distributed only around the interface to the Fe layer in the sample. Furthermore, the antiferromagnetic coupling between the Mn- and Fe-moments were observed in element specific hysteresis loops measured using XMCD. The locally ordered L2 $_{1}$ phase and antiferromagnetic Mn-moments in the Mn $_{2}$ VAl layer are important for the exchange bias.

論文

Insight into Kondo screening in the intermediate-valence compound SmOsSb $_{12}$ 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

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.165152

被引用回数：1 パーセンタイル：6.04(Materials Science, Multidisciplinary)

Through a high-precision soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) study of the intermediate-valence compound SmOsSb $_{12}$ , 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 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.

論文

Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co $_{2}$ MnGe (Ga) film via Ge (Ga) $L_{2,3}$ absorption spectroscopy

吉川智己*; Antonov, V. N.*; 河野嵩*; 鹿子木将明*; 角田一樹; 宮本幸治*; 竹田幸治; 斎藤祐児; 後藤一希*; 桜庭裕弥*; et al.

Physical Review B, 102(6), p.064428_1 - 064428_7, 2020/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.064428

被引用回数：2 パーセンタイル：12.9(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy were applied at the Ge (Ga) $L_{2,3}$ edge to unravel the spin-resolved unoccupied electronic states of Co $_{2}$ MnGe (Ga). Complicated spectral features were observed in both XAS and XMCD spectra. For their interpretation, we compared the experimental XAS and XMCD spectra with the calculated Ge (Ga) 4 and 4 orbital partial density of states. The comparison enabled a qualitative explanation of the XMCD spectra as the difference between the majority and minority-spin unoccupied density of states summed over the 4 and 4 orbitals. Our finding provides a new approach to uncover the spin-split partial density of states above the Fermi level.

論文

Manipulation of saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Co $_{x}$ Mn $_{4-x}$ N films with ferrimagnetic compensation

伊藤啓太*; 安富陽子*; Zhu, S.*; Nurmamat, M.*; 田原昌樹*; 都甲薫*; 秋山了太*; 竹田幸治; 斎藤祐児; 小口多美夫*; et al.

Physical Review B, 101(10), p.104401_1 - 104401_8, 2020/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.104401

被引用回数：18 パーセンタイル：73.04(Materials Science, Multidisciplinary)

Spintronics devices utilizing a magnetic domain wall motion have attracted increasing attention, and ferrimagentic materials with almost compensated magnetic moments are highly required to realize the fast magnetic domain wall motion. Here, we report a key function for this purpose in anti-perovskite Co $_{x}$ Mn $_{4-x}$ N films. Perpendicular magnetization emerges for , and the saturation magnetization reaches a minimum value at .

論文

Interfacial ferromagnetism and atomic structures in high-temperature grown FeO/Pt/FeO epitaxial trilayers

吉川貴史*; 鈴木基寛*; Ramos, R.*; Aguirre, M. H.*; 岡林潤*; 内田健一*; Lucas, I.*; Anadn, A.*; 菊池大介*; Algarabel, P. A.*; et al.

Journal of Applied Physics, 126(14), p.143903_1 - 143903_11, 2019/10

https://doi.org/10.1063/1.5125761

被引用回数：10 パーセンタイル：49.82(Physics, Applied)

Induced Pt ferromagnetism in FeO/Pt/FeO epitaxial trilayer films has been investigated by means of X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at the Pt $L_{3,2}$ -edges at various temperatures from 300 K to 12 K, including the metal-insulator transition temperature of FeO ( $T_mathrm{V}sim 114$ K). At all the temperatures, we observed clear XMCD signals due to Pt ferromagnetism, the amplitude of which was determined to be 0.39 $mu_mathrm{B}$ at 300K and 0.52 $mu_mathrm{B}$ at 12 K for the sample with the Pt thickness of nm. Interestingly, these values are comparable to or even greater than those in Pt/3-ferromagnetic-metal (Fe, Ni, Co, and Ni $_{81}$ Fe $_{19}$ ) junction systems. The results can be interpreted in terms of a possible Fe interdiffusion into the Pt layer and also possible Fe-Pt alloying due to its high-temperature deposition.

論文

Magnetic-impurity-induced modifications to ultrafast carrier dynamics in the ferromagnetic topological insulators Sb $_{2-x}$ V $_{x}$ Te $_{3}$

角田一樹*; 鹿子木将明*; Reimann, J.*; Nurmamat, M.*; 後藤伸一*; 竹田幸治; 斎藤祐児; Kokh, K. A.*; Tereshchenko, O. E.*; Gdde, J.*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 21(9), p.093006_1 - 093006_8, 2019/09

https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab3ac6

被引用回数：11 パーセンタイル：65.02(Physics, Multidisciplinary)

We systematically investigate the magnetic, structural and electronic properties and the ultrafast carrier dynamics in a series of V-doped Sb $_{2}$ Te $_{3}$ samples of composition Sb $_{2-x}$ V $_{x}$ Te $_{3}$ with x = 0, 0.015 and 0.03. Element specific X-ray magnetic circular dichroism signifies that the ferromagnetism of V-doped Sb $_{2}$ Te $_{3}$ is governed by the p-d hybridization between the host carrier and the magnetic dopant. Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy has revealed that the V impurity induced states underlying the topological surface state (TSS) add scattering channels that significantly shorten the duration of transient surface electrons down to 100 fs scale. This is in a sharp contrast to the prolonged duration reported for pristine samples though the TSS is located inside the bulk energy gap of the host in either magnetic or non-magnetic cases. It implies the presence of a mobility gap in the bulk energy gap region of the host material.

論文

Negative Te spin polarization responsible for ferromagnetic order in the doped topological insulator V $_{0.04}$ (Sb $_{1-x}$ Bi $_{x}$ ) $_{1.96}$ Te $_{3}$

Ye, M.*; Xu, T.*; Li, G.*; Qiao, S.*; 竹田幸治; 斎藤祐児; Zhu, S.-Y.*; Nurmamat, M.*; 角田一樹*; 石田行章*; et al.

Physical Review B, 99(14), p.144413_1 - 144413_7, 2019/04

AA2018-0697.pdf:1.89MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.144413

被引用回数：12 パーセンタイル：56.27(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigate the microscopic origin of ferromagnetism coupled with topological insulators in V-doped (Sb,Bi) $_{2}$ Te $_{3}$ employing X-ray magnetic circular dichroism and angle-resolved two-photon photoemission spectroscopies, combined with first-principles calculations. We found an magnetic moment at the Te site anti-parallel to that of the V and Sb sites, which plays a key role in the ferromagnetic order. We ascribe it to the hybridization between Te 5 and V 3 majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type - exchange interaction scenario. The substitution of Bi for Sb suppresses the bulk ferromagnetism by introducing extra electron carriers in the majority spin channel of the Te states that compensates the antiparallel magnetic moment on the Te site. Our findings reveal important clues to designing magnetic topological insulators with higher Curie temperature that work under ambient conditions.

論文

Dirac gap opening and Dirac-fermion-mediated magnetic coupling in antiferromagnetic Gd-doped topological insulators and their manipulation by synchrotron radiation

Shikin, A. M.*; Estyunin, D. A.*; Surnin, Yu. I.*; Koroleva, A. V.*; Shevchenko, E. V.*; Kokh, K. A.*; Tereshchenko, O. E.*; Kumar, S.*; Schwier, E. F.*; 島田賢也*; et al.

Scientific Reports (Internet), 9(1), p.4813_1 - 4813_17, 2019/03

https://doi.org/10.1038/s41598-019-41137-w

被引用回数：19 パーセンタイル：71.48(Multidisciplinary Sciences)

A new kind of magnetically-doped antiferromagnetic (AFM) topological insulators (TIs), Bi $_{1.09}$ Gd $_{0.06}$ Sb $_{0.85}$ Te $_{3}$ , has been studied by angle-resolved photoemission, superconducting magnetometry (SQUID) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). It has been shown that this TI is characterized by the Dirac gap at the Fermi level. In the paramagnetic phase, a surface magnetic layer is supposed to develop, where the coupling between the Gd magnetic moments is mediated by the topological surface states (TSSs). This assumption can be confirmed by opening a gap at the Dirac point indicated by the surface-sensitive ARPES, a weak hysteresis loop measured by SQUID, the XMCD showing a surface magnetic moment and the temperature dependence of electrical resistance demonstrating a mid-gap semiconducting behavior, which correlates with the temperature dependence of the surface magnetization and confirms the conclusion that only TSSs are located at the Fermi level.

論文

Preferred site occupation of 3 atoms in Ni $_{x}$ Fe $_{4-x}$ N ( = 1 and 3) films revealed by X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism

高田郁弥*; 伊藤啓太*; 竹田幸治; 斎藤祐児; 高梨弘毅*; 木村昭夫*; 末益崇*

Physical Review Materials (Internet), 2(2), p.024407_1 - 024407_5, 2018/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.024407

被引用回数：14 パーセンタイル：48.52(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism measurements were performed at the Ni and Fe $L_{2,3}$ absorption edges for Ni $_{x}$ Fe $_{4-x}$ N ( = 1 and 3) epitaxial films. Shoulders at approximately 2 eV above the Ni $L_{2,3}$ main peaks in the XAS spectrum of Ni $_{3}$ FeN were interpreted to originate from hybridization of orbitals between Ni 3 at face-centered (II) sites and N 2 at body-centered sites, while such features were missing in NiFe $_{3}$ N film. Similar shoulders were observed at Fe $L_{2,3}$ edges in both films. Hence, Ni atoms preferentially occupied corner (I) sites, where the hybridization was weak because of the relatively long distance between Ni at I sites and N atoms. The relatively large magnetic moment deduced from sum-rule analysis of NiFe $_{3}$ N also showed a good agreement with the presence of Ni atoms at I sites.

論文

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

AA2017-0644.pdf:1.01MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.035143

被引用回数：21 パーセンタイル：70.17(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遷移と矛盾しない。

論文

Circular dichroism in resonant angle-resolved photoemission spectra of LaNi $_{2}$ Ge $_{2}$

中谷泰博*; 藤原秀紀*; 荒谷秀和*; 森健雄*; 橘祥一*; 山口貴司*; 木須孝幸*; 山崎篤志*; 保井晃*; 山上浩志*; et al.

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 220, p.50 - 53, 2017/01

https://doi.org/10.1016/j.elspec.2017.01.008

被引用回数：2 パーセンタイル：17.1(Spectroscopy)

重い電子化合物CeNi $_{2}$ Ge $_{2}$ の非4バンド由来の電子構造を明らかにするため、LaNi $_{2}$ Ge $_{2}$ の軟X線角度分解光電子分光を行った。La M $_{4,5}$ 吸収端での光電子スペクトルで、価電子帯のLa 5成分の明瞭な強度の増大が観測された。さらに、軌道対称性に起因するバンドに依存した円二色性が観測された。

論文

紫外円二色性スペクトルを用いたタンパク質構造研究

泉雄大; 山本悟史*; 藤井健太郎; 横谷明徳

放射線生物研究, 51(1), p.91 - 106, 2016/03

放射線などのストレス応答に対する細胞内のタンパク質反応ネットワークの調整機構の解明に大きな威力を発揮すると考えられる円二色性(CD)スペクトル測定の実験、解析方法の解説を行うと共に、われわれがCDスペクトル測定により同定したヒストンタンパク質H2A, H2BのDNA損傷誘起二次構造変化について紹介した。

論文

Carrier-mediated ferromagnetism in the magnetic topological insulator Cr-doped (Sb,Bi) $_{2}$ Te $_{3}$

Ye, M.*; Li, W.*; Zhu, S.-Y.*; 竹田幸治; 斎藤祐児; Wang, J.*; Pan, H.*; Nurmamat, M.*; 角田一樹*; Ji, F.*; et al.

Nature Communications (Internet), 6, p.8913_1 - 8913_7, 2015/11

AA2015-0647.pdf:0.64MB

https://doi.org/10.1038/ncomms9913

被引用回数：52 パーセンタイル：89.95(Multidisciplinary Sciences)

磁性元素を添加したトポロジカル絶縁体は、量子異常ホール効果や無散逸伝導などの魅力的な現象の発現が予言され、低消費電力スピンデバイスの開発につながっていくものと期待されている。既に、いくつかの磁性添加トポロジカル絶縁体で長距離磁気秩序が確認されている。しかし、量子異常ホール効果の発現は、極低温におけるCrを添加した(Sb,Bi) $_{2}$ Te $_{3}$ 系に限られており、強磁性の微視的な起源はほとんど分かっていない。そこで、今回、X線磁気円二色性実験による元素選択的研究を行うことにより、本物質系の強磁性は、母体の正孔キャリアーを媒介としたものであり、Crの3d電子とSbやTeのp電子の相互作用が極めて重要であることを明らかにした。この結果は、異常量子ホール素子の実現に向けても重要である。

論文

Secondary structure alterations of histones H2A and H2B in X-irradiated human cancer cells; Altered histones persist in cells for at least 24 hours

泉雄大; 山本悟史*; 藤井健太郎; 横谷明徳

Radiation Research, 184(5), p.554 - 558, 2015/11

https://doi.org/10.1667/RR14071.1

被引用回数：7 パーセンタイル：33.11(Biology)

We measured and compared the circular dichroism (CD) spectra and secondary structures of histone proteins H2A, H2B, and their variants extracted from X-irradiated and unirradiated human HeLa cells. Compared to unirradiated cells, a relative increase in -helix structure and decrease in other secondary structures was observed in X-irradiated cells. These structural alterations persisted for at least 24 hours, which is substantially longer than the 2 hours generally known to be required for DNA double strand break repair.

論文

X-ray absorption magnetic circular dichroism of (La,Ce)MnO $_{3}$ thin films

柳田剛*; 斎藤祐児; 竹田幸治; 藤森淳*; 田中秀和*; 川合知二*

Physical Review B, 79(13), p.132405_1 - 132405_4, 2009/04

AA2017-0612.pdf:0.42MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.132405

被引用回数：11 パーセンタイル：45.17(Materials Science, Multidisciplinary)

最近の先端半導体デバイス開発において、半導体の双極性を作り出すことは重要な技術である。理論計算は4価の陽イオンによる電子ドープマンガン酸化物の存在を予言するが、直接的な実験事実が不足しているため、強磁性の起源は議論の余地が有る。今回、我々は軟X線磁気円二色性(XMCD)測定により、(La,Ce)MnO $_{3}$ 薄膜の強磁性を調べた。実験結果は、強磁性発現は、Mn $^{2+}$ の存在によるものでは無く、Mnの自己ドーピングによるものであることが分かった。

論文

Soft X-ray magnetic circular dichroism study of ferromagnetic uranium compounds

岡根哲夫; 竹田幸治; 藤森伸一; 斎藤祐児; 岡本淳*; 間宮一敏*; 村松康司*; 藤森淳; 落合明*; 芳賀芳範; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 75(Suppl.), p.105 - 106, 2006/08

ウラン化合物では、5f電子が遍歴・局在性の中間的な性質を持つことから、非常に多様な磁性を示す。そのメカニズムの解明のためには、スピンモーメントと軌道モーメントを分離して定量的に定めることが非常に重要な情報となる。軟X線領域の放射光を利用したX線吸収磁気円二色性(XMCD)測定は、スピンモーメントと軌道モーメントを分離して実験的に求める最も有力な実験手法の一つである。われわれはこれまでに典型的な強磁性化合物であるU $X_{mathrm{c}}$ ( $X_{mathrm{c}}$ = S, Se, Te), UGe, UFeについてU $N_{4,5}$ 吸収端、並びにU $N_{2,3}$ 吸収端でのXMCDを測定した。その結果、強磁性ウラン化合物のスピンモーメントと軌道モーメントの比についての傾向を見いだした。

論文

Soft X-ray magnetic circular dichroism study of UFe

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

https://doi.org/10.1016/j.physb.2006.01.366

被引用回数：4 パーセンタイル：22.76(Physics, Condensed Matter)

立方晶ラーベス相化合物UFe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

軟X線磁気円二色性分光で観る超高密度垂直磁気記録媒体

安居院あかね; 水牧仁一朗*; 朝日透*

放射光, 18(4), p.215 - 222, 2005/07

http://ci.nii.ac.jp/naid/10015417913

垂直磁化膜の磁気異方性エネルギーや保磁力などのマクロスコピックな報告が多くなされている一方で、それらの磁性膜の構成元素ごとの磁気特性に着目したミクロスコピックな測定から得られる物理量と、それらのマクロスコピックな物理量との相関について論じた研究の例は多くない。本稿では垂直磁化膜の磁気的性質を軟X線磁気円二色性分光法を用いて元素選択的・軌道選択的に測定し、ミクロスコピックな観点から人工格子薄膜の下地効果や、アモルファス合金膜で希土類元素が果たす役割などについて研究した例を紹介する。

論文

Natural circular dichroism of amino acid films observed in soft X-ray and VUV region using polarizing undulator

中川和道*; 金子房恵*; 大田佳実*; 田中真人*; 北田朋*; 安居院あかね; 藤井健太郎; 横谷明徳; 渡辺一寿*; 山田亨*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 144-147, p.271 - 273, 2005/06

https://doi.org/10.1016/j.elspec.2005.01.189

被引用回数：12 パーセンタイル：50.37(Spectroscopy)

円偏光と物質の相互作用の研究は、シンクロトロン放射の発展によって新たな発展の時期を迎えている。アミノ酸は鏡像体が容易に入手可能でありそれらが互いに反対の符号の円二色性を示すはずであるので、実験的にも理論的にも手堅い研究を可能にする研究素材である。われわれは、アミノ酸蒸着膜を試料として産総研TERASではVUV領域で、SPring-8では窒素・酸素K殻領域で円二色性測定を試み、SPring-8では、軟X線領域での円二色性検出に初めて成功した。産総研NIJI-2では固相で初めて不斉分解反応の検出に成功した。