スピン偏極ＳＴＭとＸＭＣＤによる窒化鉄ナノ磁性体の磁気異方性の解明

利用自旋极化 STM 和 XMCD 阐明氮化铁纳米磁性材料的磁各向异性

• 批准号: 15J10476
• 负责人: 高橋 文雄
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J10476/
• 关键词: 鉄窒化物; 磁性; 電子状態; X線吸収/磁気円二色性; 走査トンネル顕微鏡/分光法; 磁気異方性; スピン偏極走査トンネル顕微鏡/分光法

Cu(001)基板上に作製された原子層鉄窒化物Fe4Nにおける構造と電子・磁気状態および磁気異方性との関係を探るため、まずは過去に例のない良質な単原子層膜の作製法確立を目指した。放射光施設UVSOR BL-4BにおいてX線吸収/磁気円二色性(XAS/XMCD)測定を行い、アニール温度と試料磁化の大きさとの関係を調べた結果、アニール温度が低い試料においては、それが高い試料に比べてFe原子のスピン磁気モーメント(Mspin)が半分程度に低下することが分かった。さらに走査トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)を用いてアニール温度差による表面構造および電子状態の違いを原子分解能で詳細に調べると、アニール温度が低い試料の表面にはFe原子点欠陥が少量見られ、またその欠陥周りでは欠陥の大きさの何倍もの領域に渡って電子状態が変調されていることが分かり、試料の平均的磁性の大幅な低下との関連性が示唆された。複数原子層Fe4N/Cu(001)の成長様式と、その構造・次元性と電子・磁気状態との関係を探った研究では、STM実験から単原子層の次に安定かつ表面に大面積でできるFe4Nは三原子層であることが分かった。さらなるXMCD測定により、Fe原子のMspinは単原子層から三原子層Fe4Nへと膜厚を増やすと大きく増加することが分かった。その物理的起源を探るため、Cu(001)基板上の単原子層および三原子層Fe4Nに対して、原子サイトごとの局所状態密度計算および磁気モーメント計算を行った。その結果、Fe原子の磁気モーメントは原子サイトの配位および環境に非常に敏感であることが分かり、実験結果をよく説明した。以上の結果、今まで良質な試料が得られてこなかった原子層膜Fe4N/Cu(001)の初めての作製に成功し、そのミクロな構造とマクロな電子・磁気状態との関係解明に至った。

The relationship between structure, electron, magnetic state and magnetic anisotropy of Fe 4N, Fe 4N and Cu(001) substrate was investigated. UVSOR BL-4B was used to determine X-ray absorption/magnetic dichroism (XAS/XMCD). The relationship between sample magnetization and sample temperature was adjusted. The results showed that the sample temperature was lower than that of Fe atom and magnetic dichroism (Mspin). In this paper, we investigate the micro-mirror/spectroscopy (STM/STS) method for the surface structure and electronic state of the sample. The atomic decomposition energy is adjusted in detail. The temperature of the sample is low. The Fe atomic point on the surface of the sample is small. The electron state is adjusted in detail. The correlation between the large decrease in the average magnetic properties of the samples is demonstrated. A Study on the Relationship between the Growth Formula, Structure, Dimensional Properties, Electrons and Magnetic States of Fe 4N/Cu(001) Complex Atomic Layers XMCD measurements show that the Fe atom Mspin has a higher atomic layer than the Fe atom Mspin. Physical origin of Cu(001) single atomic layer and triple atomic layer Fe4N on Cu(001) substrate The results show that the magnetic properties of Fe atoms are very sensitive to the coordination properties of Fe atoms and the environment. The above results show that the atomic layer film Fe4N/Cu(001) has been successfully fabricated in the initial stage, and the relationship between the electron and magnetic states has been clarified.

项目成果

化合物系での走査トンネル顕微鏡測定における軌道選択的トンネル現象

复合系统扫描隧道显微镜测量中的轨道选择性隧道现象

• 发表时间: 2015
• 作者: 高橋文雄，家永紘一郎，河村紀一，宮町俊生，小森文夫

Inherent orbital-selective tunneling in a STM measurement

STM 测量中固有的轨道选择性隧道效应

• 发表时间: 2015
• 作者: Y. Takahashi;K. Ienaga;N. Kawamura;T. Miyamachi;A. Ernst and F. Komori
• 通讯作者: A. Ernst and F. Komori

Thickness-dependent electronic and magnetic properties of γ′-Fe4N atomic layers on Cu(001)

• DOI: 10.1103/physrevb.95.224417
• 发表时间: 2017-06-14
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Takahashi, Y.;Miyamachi, T.;Komori, F.
• 通讯作者: Komori, F.

Influence of atomic-scale disorder on ferromagnetism of monatomic-layer iron nitride

原子尺度无序对单原子层氮化铁铁磁性的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Y. Takahashi;T. Miyamachi;V. Antonov;Y. Takagi;M. Uozumi;T. Yokoyama;A. Ernst;F. Komori
• 通讯作者: F. Komori

走査トンネル顕微鏡法における軌道選択的トンネル現象

扫描隧道显微镜中的轨迹选择性隧道现象

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Nakashima;T. Miyamachi;F. Komori;小川智大，酒井洋徳，藤井康裕，是枝聡肇，谷口博基;大脇将太，松岡岳洋，久米徹二，佐々木重雄;相馬 清吾;高橋文雄，家永紘一郎，河村紀一，宮町俊生，小森文夫
• 通讯作者: 高橋文雄，家永紘一郎，河村紀一，宮町俊生，小森文夫