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。

为了探索在 Cu(001) 衬底上制备的原子层氮化铁 Fe4N 的结构、电子/磁态和磁各向异性之间的关系，我们将首先开发一种制备高质量单原子层薄膜的方法，该方法我们的目标是建立这一点。我们在同步辐射装置 UVSOR BL-4B 上进行了 X 射线吸收/磁圆二色性 (XAS/XMCD) 测量，并研究了退火温度与样品磁化强度之间的关系，发现自旋磁矩 (Mspin.与高自旋样品相比，Fe原子的数量减少了大约一半。此外，当我们使用扫描隧道显微镜/光谱仪（STM/STS）以原子分辨率详细检查由于退火温度差异而导致的表面结构和电子态差异时，我们发现存在少量的Fe原子点缺陷还发现，在较低退火温度的样品表面上，电子态在缺陷周围的缺陷尺寸的许多倍处受到调制，这表明与样品平均磁性的显着降低有关。在一项探索多原子层 Fe4N/Cu(001) 的生长模式及其结构/维度与电子/磁态之间关系的研究中，STM 实验表明它是继单原子层之后第二稳定的层，并且具有Fe4N 具有较大的表面积。进一步的 XMCD 测量表明，随着薄膜厚度从 Fe4N 单层增加到三原子层，Fe 原子的 Mspin 显着增加。为了探索其物理起源，我们对 Cu(001) 衬底上 Fe4N 单原子层和三原子层中的每个原子位点进行了局域态密度计算和磁矩计算。结果表明，Fe原子的磁矩对原子位点和环境的配位非常敏感，很好地解释了实验结果。由此，我们首次成功制备了迄今尚未获得优质样品的原子层薄膜Fe4N/Cu(001)，并阐明了其微观结构与宏观电子、磁态的关系。 .

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

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

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

Influence of atomic defects on macroscopic ferromagnetism of monatomic-layer iron nitride

原子缺陷对单原子层氮化铁宏观铁磁性的影响

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