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物性研短期研 究会「遍歴系の特異な磁性と磁性材料への応用」 2004 年 5 月 13 － 15 日

物性研短期研 究会「遍歴系の特異な磁性と磁性材料への応用」 2004 年 5 月 13 － 15 日. 内殻 MCD から見た遍歴磁性体. 藤森　淳 東大新領域、原研放射光 岡本　淳 , 間宮一敏，岡根哲夫，斉藤祐児 , 吉井賢資， 村松康司（原研放射光） Ca 1-x Sr x RuO 3 ， SrFe 1-x Co x O 3 ： 高野幹夫、川崎修嗣（京大化研） 武田保雄（三重大工） Co(S 1-x Se x ) 2 ：宮台朝直（道都大） UGe 2 ：芳賀芳範、山本悦嗣（原研先端研） 大貫惇陸（阪大理、原研先端研）. 概要.

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物性研短期研 究会「遍歴系の特異な磁性と磁性材料への応用」 2004 年 5 月 13 － 15 日

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  1. 物性研短期研究会「遍歴系の特異な磁性と磁性材料への応用」2004年5月13－15日物性研短期研究会「遍歴系の特異な磁性と磁性材料への応用」2004年5月13－15日 内殻MCDから見た遍歴磁性体 藤森　淳 東大新領域、原研放射光 岡本　淳, 間宮一敏，岡根哲夫，斉藤祐児, 吉井賢資，村松康司（原研放射光） Ca1-xSrxRuO3，SrFe1-xCoxO3 ：高野幹夫、川崎修嗣（京大化研） 武田保雄（三重大工） Co(S1-xSex)2：宮台朝直（道都大） UGe2：芳賀芳範、山本悦嗣（原研先端研） 大貫惇陸（阪大理、原研先端研）

  2. 概要 • 内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） • 得られる情報 • SPring-8原研ビームライン • 研究例 • 遍歴強磁性：Ca1-xSrxRuO3 • ヘリカル‐強磁性転移： SrFe1-xCoxO3 • メタ磁性： Co(S1-xSex)2 • 強磁性超伝導：UGe2

  3. Md valence hn Mp core Magnetic circular dichroism (MCD) in core-level x-ray absorption (XAS) from metal p core level spin sum rule A1 - A2 site specific probe + magnetic specific probe orbital sum rule

  4. First experiment of metal p core-level MCD: Ni metal m+ m- m+ - m- C.T. Chen et al., PRB ‘90

  5. MCD endstation at JAERI beamline BL-23SU of Spring-8 ARPES装置 MCD装置 Superconducting magnet up to 10 T Low temperature down to 10 K “Hot” sample area

  6. Scientific opportunities at the high-field, low-temperature MCD endstation • Magnetic semiconductors for spintronics • Separation of ferromagnetic and paramagnetic components • Complex magnetic structure and transition • Metamagnetism • Uranium compounds

  7. Separation of MCD into ferromagnetic and paramagnetic components Zn1-xCoxO thin film synthesized by pulsed laser deposition MCD of ferromagnetic component MCD of paramagnetic component Mtotal = Mferro + Mpara + Mdia (substrate) M. Kobayashi, M. Saeki H. Tabata, and T. Kawai

  8. Scientific opportunities at the high-field, low-temperature MCD endstation • Magnetic semiconductors for spintronics • Separation of ferromagnetic and paramagnetic components • Complex magnetic structure and transition • Metamagnetism • Uranium compounds

  9. 概要 • 内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） • 得られる情報 • SPring-8原研ビームライン • 研究例 • 遍歴強磁性：Ca1-xSrxRuO3 • ヘリカル‐強磁性転移： SrFe1-xCoxO3 • メタ磁性： Co(S1-xSex)2 • 強磁性超伝導：UGe2

  10. Sr TC 1.0 0.75 0.47 0.17 TC TC Ca Phase diagram 150 100 50 0 paramagnetic T (K) ferromagnetic 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x Itinerant-electron ferromagnetism in SrRuO3 and its suppression in Ca1-xSrxRuO3 M-T curves Resistivity anomaly Magneto-volume effect G. Cao et al., PRB ‘97 T. Kiyama et al., PRB ‘96 F. Fukunaga and N. Tsuda, JPSJ ‘94

  11. Ru 3p core-level MCD in Ca1-xSrxRuO3 Background correction +/- light modulation Magnetization reversal --> extract MCD signal J. Okamoto et al.

  12. Ru 3p core-level MCD in Ca1-xSrxRuO3 XAS Okamoto, Yoshii et al.

  13. Phase diagram 150 100 50 0 paramagnetic T (K) ferromagnetic 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x Ru 3p core-level MCD in Ca1-xSrxRuO3 SrRuO3 Mspin ~ 0.65 mB Morb ~ “0” mB MCD signal increases with x and H Line shape does not change Planned: Study of magnetic anisotropy using single crystals J. Okamoto et al.

  14. 概要 • 内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） • 得られる情報 • SPring-8原研ビームライン • 研究例 • 遍歴強磁性：Ca1-xSrxRuO3 • ヘリカル‐強磁性転移： SrFe1-xCoxO3 • メタ磁性： Co(S1-xSex)2 • 強磁性超伝導：UGe2

  15. helicalferromagnetic helicalferromagnetic Helical antiferromagnetic-to-ferromagnetic transition in SrFe1-xCoxO3 5 K, 1 T(●, ○, ×), 5 T(□) H=1 T S. Kawasaki et al., J. Solid State Chem. 121,174(1996)

  16. Fe 2p, Co 2p core-level MCD in SrFe1-xCoxO3

  17. helicalferromagnetic helicalferromagnetic Magnetic moments at Fe and Co sites in SrFe1-xCoxO3 Magnetic moment at Co site Magnetic moment at Fe site H = 2 T J. Okamoto et al., submitted to PRB

  18. 概要 • 内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） • 得られる情報 • SPring-8原研ビームライン • 研究例 • 遍歴強磁性：Ca1-xSrxRuO3 • ヘリカル‐強磁性転移： SrFe1-xCoxO3 • メタ磁性： Co(S1-xSex)2 • 強磁性超伝導：UGe2

  19. Itinerant-electron metamagnetism in Co(S1-xSex )2 M-H curves 安達健五「化合物磁性　遍歴電子系」裳華房 (1996) T. Goto et al., PRB ‘97

  20. Co 2p core-level MCD in Co(S0.95Se0.05)2 XAS MCD K. Mamiya et al.

  21. Spin and orbital moments in Co(S0.95Se0.05)2 T. Goto et al., PRB ‘97 K. Mamiya et al.

  22. Spin and orbital moments in Co(S0.95Se0.05)2 No change in spin/orbital moment ratio across Bc ? K. Mamiya et al.

  23. 概要 • 内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） • 得られる情報 • SPring-8原研ビームライン • 研究例 • 遍歴強磁性：Ca1-xSrxRuO3 • ヘリカル‐強磁性転移： SrFe1-xCoxO3 • メタ磁性： Co(S1-xSex)2 • 強磁性超伝導：UGe2

  24. Ferromagentic superconductor UGe2 ferromagnetic T* new order parameter ? supercond. TCurie = 52 K TSC = 0.8 K@1.2 GPa T*~ 30 K: anomaly ? TCurie T* S. S. Saxena et al., Nature ‘00 A. Huxley et al., PRB ‘01 N. Tateiwa et al., JPSJ ‘01

  25. U N4,5 MCD of UGe2 : Temperature dependence Magnetization (mB) magnetization MCD intensity (arb. units) T* TCurie T. Okane et al.

  26. U N3 (4p 6d), Ge L2,3 (2p 4s)MCD of UGe2 Finite Ge L2,3 MCD Finite polarization of Ge 4s electrons No polarization of U 6d electrons T. Okane et al.

  27. 結論と展望 • 低温（～１０ K）、強磁場（～１０ T）におけるMCDにより、以下の研究が可能になる • 複雑な磁気構造・磁気相転移について、磁化を元素に分離して調べる • メタ磁性　‐転移に伴う電子状態変化の探索 • 磁気異方性　‐磁場方向に依存した軌道磁気モーメント • 磁気的に不均一な系　‐希薄磁性半導体？ • 常磁性状態、反強磁性状態　‐誘起モーメントを見る • ウラン化合物　

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