利用報告書 / User's Reports


【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.31】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23MS2001

利用課題名 / Title

界面磁気近接効果を利用したPd薄膜の電子状態変

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

放射光, 分子研UVSOR BL4B, XMCD,放射光/ Synchrotron radiation,放射光/ Synchrotron radiation


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

宮町 俊生

所属名 / Affiliation

名古屋大学未来材料・システム研究所材 料創製部門

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

筒井 健三郎,小野 広喜,吉田 海仁,藤本 一志

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

横山 利彦,石山 修

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-001：X線磁気円二色性分光


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究では水素吸蔵金属として知られるPdの水素吸蔵特性を磁性で制御することを目的に、Pd薄膜を強磁性Ni薄膜上に成長させてPd/Niヘテロ薄膜構造を作製し、その構造と元素選択的電子・磁気状態を低速電子線回折(LEED)およびX線吸収分光法/X線磁気円二色性(XAS/XMCD)を用いて調べた。結果、Pd薄膜については作製した全てのPd/Niヘテロ薄膜構造においてXMCDシグナルが観測されたことからPd/Ni界面における磁気結合によってPdが磁化していることが確認された。一方、Ni薄膜についてはPd薄膜の積層数の増大に伴い容易磁化方向が面直方向から面内方向に変化するスピン再配列転移が起きていることが明らかとなった。LEEDによる表面構造観察の結果とあわせて、Pd積層に伴い格子歪みに伴う電子状態の変化が原因だと考えられる。

実験 / Experimental

Pd/Niヘテロ薄膜構造を作製するためにまず、下地Cu(001)単結晶基板のAr+スパッタリングと加熱処理を行い、Cu(001)清浄表面を作製した。次に、約12原子層(ML)のNi薄膜をCu(001)表面に室温蒸着した。Ni蒸着量は水晶振動子による蒸着レート測定およびXASエッジジャンプから見積もった。その後、2, 6, 14 MLのPd薄膜を積層してPd/Ni薄膜ヘテロ構造を作製し、Pd層、Ni層のXMCDシグナルや磁化曲線に現れる変化を元素選択的に観測した。XAS/XMCD測定はUVSOR BL4Bで超高真空下, 測定温度7.2 K, 印加磁場0~±5Tの条件にて行った。

結果と考察 / Results and Discussion

LEEDによるPd/Ni薄膜ヘテロ構造の表面構造を調べた結果、Cu(001)基板上のNi薄膜およびPd薄膜は　　　p(1×1)パターンを示し、エピタキシャル成長していることがわかった。また、Pd積層に伴い表面格子定数の変化が観測された。次に、Pd/Ni薄膜ヘテロ構造の電子・磁気状態をXAS/XMCD測定により元素選択的に調べた。まず、Pd薄膜積層前のNi薄膜について、外部磁場±5 TにおけるXAS/XMCDスペクトルからNi磁気モーメントを算出し、Ni XASスペクトルのL3端ピーク強度の印加磁場依存性をプロットして磁化曲線を得た。結果、Ni薄膜は膜厚12原子層では面直容易磁化であることが分かり、先行研究との一致が得られた。次に、Ni薄膜の磁気モーメントおよび磁化曲線のPd膜厚依存性を調べた。結果、Pd薄膜の積層数の増大に伴い容易磁化方向が面直方向から面内方向に変化するスピン再配列転移が観測された。LEEDによる表面構造観察の結果と併せて、観測されたNi薄膜のスピン再配列転移はPd積層に伴う面内表面格子定数の増大に起因すると考えられる。また、Pd 薄膜のXMCD シグナルのPd膜厚依存性を調べた結果、全ての膜厚においてXMCDシグナルが観測されたことからPd/Ni界面における磁気結合によってPdが磁化していることが確認された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

受賞等
1. UVSOR Symposium2023 最優秀学生発表賞、小野広喜（研究指導学生）、名古屋大学、2023年12月、　UVSOR BL4BでのXAS・XMCD測定を利用した磁気特性評価、国内会議 
2. 国際会議ICSPM31 ポスター賞、吉田海仁（研究指導学生）、名古屋大学、2023年12月、UVSOR BL4BでのXAS・XMCD測定を利用した磁気特性評価、国際会議 
3. IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会 Outstanding Presentation Award、小野広喜（研究指導学生）、名古屋大学、2024年1月、UVSOR BL4BでのXAS・XMCD測定を利用した磁気特性評価、国内会議


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Y. Umeda, Annealing temperature dependence of magnetic properties in FeCo ordered alloy thin films fabricated using the nitrogen surfactant effect, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 04SP80(2024).
    DOI: 10.35848/1347-4065/ad396b
  2. Hiroki Ono, Intermolecular Interaction Induced Magnetic Decoupling at an Organic–Inorganic Interface, The Journal of Physical Chemistry C, 127, 23935-23940(2023).
    DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c05966
  3. T. Miyamachi, Local strain induced structural inhomogeneity in Fe thin films on Cu(001), Japanese Journal of Applied Physics, 63, 04SP77(2024).
    DOI: 10.35848/1347-4065/ad37c6
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 筒井健三郎, 小野広喜, 山本航平, 石山修, 横山利彦, 水口将輝, 宮町俊生“界面磁気結合を利用したPd/Ni薄膜ヘテロ構造の磁気特性制御”,第84回応用物理学会　秋季学術講演会
  2. 小野広喜, 梅田佳孝, 吉田海斗, 筒井健三郎, 山本航平, 石山修, 横山利彦, 水口将輝, 宮町俊生, “H2Pc/γ'-Fe4N 有機-無機ハイブリッド界面磁気結合の膜厚依存性”,第84回応用物理学会　秋季学術講演会
  3. Toshio Miyamachi“Atomic-scale surface and interface magnetism based on ferromagnetic monatomic layer iron nitride” 第47回日本磁気学会学術講演会（招待講演）
  4. 小野広喜, 梅田佳孝, 吉田海斗, 筒井健三郎, 山本航平, 石山修, 横山利彦, 水口将輝, 宮町俊生, .“有機-無機ハイブリッド界面磁気結合に及ぼす分子間相互作用の影響の評価”,UVSOR Symposium2023
  5. T. Miyamachi, Y. Umeda, H. Ono, K. Kawaguchi, T. Gozkinski, T. Iimori, K. Yamamoto, W. Wulfhekel, T. Yokoyama, F. Komori and M. Mizuguchi,.“Atomic-scale interface structures of FeCo alloy thin films on Cu(001) grown by nitrogen surfactant epitaxy”, International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 (ICMaSS2023)
  6. H. Ono, Y. Umeda, K. Yoshida, K. Tsutsui, K. Yamamoto, O. Ishiyama, T. Yokoyama, M. Mizuguchi, T. Miyamachi, “Impacts of magnetic ion in Pc molecules (0165) on the magnetic coupling with iron nitride substrate”,International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 (ICMaSS2023)
  7. K. Yoshida, H. Ono, Y. Umeda, K. Tsutsui, K. Yamamoto, O. Ishiyama, Y. Matsuo, T. Yokoyama, M. Mizuguchi, T. Miyamachi,.“Enhancement of perpendicular magnetic anisotropy in Co nano-islands by the formation of C70-Co organic-inorganic hybrid interface”, 31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31)
  8. T. Miyamachi1, S. Nakashima, Y. Takagi, T. Yokoyama, and F. Komori, “Local strain induced structural and electronic inhomogeneity in Fe thin films on Cu(001)”,31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31)
  9. Y. Umeda, H. Ono, K. Yamamoto, O. Ishiyama, T. Yokoyama, M. Mizuguchi, T. Miyamachi, .“Annealing temperature dependence of magnetic properties in FeCo ordered alloy thin films fabricated using the nitrogen surfactant effect” 31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31)
  10. 小野広喜, 梅田佳孝, 吉田海斗, 筒井健三郎, 山本航平, 石山修, 横山利彦, 水口将輝, 宮町俊生, “CoPc/γ'-Fe4N 有機-無機ハイブリッド薄膜磁気状態に及ぼす構造粗さの影響”,IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
  11. 筒井健三郎, 小野広喜, 河添理央, 山本航平, 石山修, 徐玉均, 中辻寛, 高木康多, 横山利彦, 水口将輝, 宮町俊生,“雰囲気制御型硬X線光電子分光によるPd/Ni薄膜ヘテロ構造の水素吸蔵特性その場観察”,第71回応用物理学会　秋季学術講演会
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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