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論文

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

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.

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(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$$s$$ and 4$$d$$ 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$$s$$ and 4$$d$$ 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

 被引用回数:1 パーセンタイル:31.73(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 $$0.8 leq x$$, and the saturation magnetization reaches a minimum value at $$x = 0.8$$.

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.*; G$"u$dde, J.*; et al.

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

 被引用回数:1 パーセンタイル:65.14(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

 被引用回数:5 パーセンタイル:43.12(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${it p}$ and V 3${it d}$ majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type ${it p}$-${it d}$ 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 ${it p}$ 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

 被引用回数:6 パーセンタイル:26.52(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$$d$$ atoms in Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 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

 被引用回数:7 パーセンタイル:43.2(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 (${it x}$ = 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$$d$$ at face-centered (II) sites and N 2$$p$$ 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

 被引用回数:5 パーセンタイル:47.75(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。

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

 被引用回数:35 パーセンタイル:9.98(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

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

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.89(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$$_2$$, UFe$$_2$$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$$_2$$

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:75.64(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

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

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

MCD studies in 2p and 3d XAS of La$$_{1-x}$$Sr$$_{x}$$CoO$$_{3}$$

水牧 仁一朗*; 吉井 賢資; 河村 直己*; 中沢 誠*

Surface Review and Letters, 9(2), p.855 - 859, 2002/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:91.84(Chemistry, Physical)

コバルトを含む強磁性ペロブスカイト酸化物La$$_{1-x}$$Sr$$_{x}$$CoO$$_{3}$$に対し、磁気円二色性(MCD)スペクトルをCoの1s及び2p吸収端、及びLaの3d吸収端で測定した。Coの3d電子の軌道磁気モーメントは、Sr置換量とともに増大した。また、Laの4f軌道はスピン編極していないが、5d電子には編極が見られた。これは、La5dとCo3d電子の混成によるものである。

論文

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:65.78(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。

論文

強磁性規則合金中の非磁性元素におけるMCDスペクトルの第一原理計算

山口 正剛; 浅野 攝郎*

日本応用磁気学会誌, 25(4-Part2), p.659 - 662, 2001/04

Pd$$_{3}$$Fe中のPd,NiMnSb中のSb,CoS$$_{2}$$中のSなど、強磁性体中の非磁性元素について、そのわずかな磁化などの磁気的性質を調べるために、軌道放射光を用いて磁気円二色性(MCD=Magnetic Circlar Dichroism)スペクトルが測定されている。われわれはそのMCDスペクトルとX線吸収スペクトル(XAS)を、第一原理計算から計算することを試みた。計算されたスペクトルは、CoS$$_{2}$$以外では実験をよく再現した。特にPd$$_{3}$$FeのPd3PXASにおいて、今まで理解されていなかった大きなサテライトピークの起源を明らかにすることができた。

論文

Magnetic order in perovskite Pr$$_{1-x}$$Ba$$_{x}$$CoO$$_{3}$$ studied by magnetic circular dichroism (MCD) spectroscopy

吉井 賢資; 水牧 仁一朗*; 斎藤 祐児; 中村 彰夫

Journal of Solid State Chemistry, 152(2), p.577 - 581, 2000/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:56.7(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

ペロブスカイト型構造を持つ強磁性コバルト酸化物Pr$$_{1-x}$$Ba$$_{x}$$CoO$$_{3}$$について、その直流磁化データと放射光吸収スペクトルを測定した。放射光実験はSPring-8の軟X線ビームラインBL25で行った。磁化測定から、x=0の系は磁気転移がないが、xを増やすとともに強磁性転移が発現する。この転移はx$$>$$0.2で明瞭であり、磁気転移温度は50-190Kである。x=0.4で強磁性転移温度が最大190Kとなる。これは、酸素欠損あるいはCo-O-Co角度との関係で解釈した。放射光吸収スペクトルから得られた磁気円二色性(MCD)スペクトルの解析より、Co3dスピン及び軌道磁気モーメントの強磁性整列を確認した。これらモーメントの値は、類似系La$$_{1-x}$$Sr$$_{x}$$CoO$$_{3}$$での6割程度である。通常酸化物では、軌道モーメントはゼロに近いと見なされるが、これらの系では0.1-0.2ボーア磁子/Coイオン程度の軌道モーメントが存在する。また、Ba4f軌道に電子が存在し、磁気秩序を有する。これと同様の結果をPr4fにおいても得た。O2pスピンがCo3dスピンと同方向を向き、磁気秩序を持っていることもわかった。これは強磁性転移における、Co3d-O2p混成の寄与の重要性を示す。

口頭

JAEA微細構造解析プラットフォーム事業におけるBL23SUの活用; 軟X線光電子分光と磁気円二色性測定

寺岡 有殿

no journal, , 

原子力機構では文部科学省からナノテクノロジープラットフォーム事業を受託し、微細構造解析プラットフォームの実施機関として産官学の研究者の研究を支援している。4本の専用ビームラインのうち、軟X線ビームラインであるBL23SUとそこに設置されている3台の共用実験装置(光電子分光装置, 磁気円二色性測定装置)について、利用方法、利用研究例を説明する。

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