SPring-8, the large synchrotron radiation facility

Inquiry number

SOL-0000001601

Beamline

BL39XU (X-ray Absorption and Emission Spectroscopy)

Scientific keywords

A. Sample category	inorganic material
B. Sample category (detail)	magnetic material
C. Technique	absorption and its secondary process
D. Technique (detail)	MCD, LD
E. Particular condition	polarization (circular), magnetic field (< 2 T), room temperature
F. Photon energy	X-ray (4-40 keV)
G. Target information	spin/magnetism

Industrial keywords

level 1---Application area	storage device
level 2---Target	HD,MO
level 3---Target (detail)	magnetic layer, magnetic head, spin valve
level 4---Obtainable information	magnetic moment, magnetic anisotropy, interface magnetic structure
level 5---Technique	XMCD

Classification

A80.14 magnetic materials, M40.30 XMCD

Body text

円偏光放射光X線を用いた磁化測定は、試料を構成する各元素ごとの磁性を調べられるユニークな手法です。この手法を用いることで、積層磁性膜中の異なる元素を含む層を選択して磁化測定を行うことができます。SPring-8 BL39XU では浸透深さの深い短波長X線を利用できるので、膜の表面層も基板に近い下層も同様な感度で測定が行えます。

図に示すのは、[Gd(2 nm)/Fe(2 nm)]x50 多層膜試料について測定した元素別磁化曲線です。この結果から、GdとFeの磁気モーメントが反強磁性的に結合していることや、保磁力やヒステリシスルー プの形状が試料全体の磁化曲線とは全く異なることが分かりました。

図. [Gd(2 nm)/Fe(2 nm)]x50 多層膜試料について測定した元素別磁化曲線

[ A. Koizumi, M. Takagaki, M. Suzuki, N. Kawamura and N. Sakai, Physical Review B 61, R14909-R14912 (2000), Fig. 2,
©2000 American Physical Society ]

Source of the figure

Original paper/Journal article

Journal title

A. Koizumi, M. Takagaki, et al, Phys. Rev. B 61, R14909 (2000).

Figure No.

Fig. 2

Technique

元素別磁化曲線は、右回りと左回りの円偏光X線に対するX線の吸収量の差を、印加磁場の関数として測定することにより得られます。この例では、試料に含まれる Gd (7245 eV)、および Fe の特性吸収端 (7111 eV) にX線のエネルギーを設定することで、それぞれの元素に対する磁化曲線が得られます。

図: 元素別磁化測定の概念図。試料に加える外部磁場を変えながらX線磁気円二色性の信号を測定していきます。

Source of the figure

Private communication/others

Description

鈴木基寛が作成

Required time for experimental setup

5 hour(s)

Instruments

Instrument	Purpose	Performance
XMCD測定用電磁石およびクライオスタット	元素別磁化曲線の測定	磁場 ±2 T、試料温度20~300 K
10 T 超伝導マグネット	強磁場下での元素別磁化曲線、X線磁気円二色性スペクトルの測定	磁場 ±10 T、試料温度1.7~300 K
偏光変調XMCD測定	高精度・高感度なX線磁気円二色性スペクトルの測定	0.1%以下のX線磁気円二色性シグナルの検出が可能

References

Document name
A. Koizumi, M. Takagaki, M. Suzuki, N. Kawamura, and N. Sakai, Phys. Rev. B 61, R14909 (2000).
M. Takagaki, A. Koizumi, N. Kawamura, M. Suzuki, and N. Sakai, J. Phys. Soc. Jpn. 72, 245 (2003).

Related experimental techniques

VSM磁化測定, SQUID磁化測定, トルク磁化測定, 磁気カー測定, X線磁気散乱, X線磁気反射, XMCD

Questionnaire

The measurement was possible only in SPring-8. Impossible or very difficult in other facilities.
This solution is an application of a main instrument of the beamline.
Similar experiments account for more than 30% of the beamline's subject.

Ease of measurement

Easy

Ease of analysis

Middle

How many shifts were needed for taking whole data in the figure?

Less than one shift