SPring-8, the large synchrotron radiation facility

Inquiry number

SOL-0000001605

Beamline

BL39XU (X-ray Absorption and Emission Spectroscopy)

Scientific keywords

A. Sample category	research on method, instrumentation
B. Sample category (detail)	metal, alloy, semiconductor, superconductor, magnetic material, insulator, ceramics, solid-state crystal, amorphous, glass, membrane
C. Technique	absorption and its secondary process
D. Technique (detail)	XAFS, EXAFS, XANES, MCD, LD
E. Particular condition	polarization (circular), high pressure (DAC), extreme low-T (< 4 K), magnetic field (> 2 T)
F. Photon energy	X-ray (4-40 keV)
G. Target information	chemical state, local structure, electronic state, spin/magnetism, phase transition

Industrial keywords

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

Classification

A80.12 semiconductor, A80.14 magnetic materials, A80.20 metal ・material, M40.10 XAFS, M40.30 XMCD

Body text

X線磁気円二色性(XMCD)は元素別にしかも電子軌道を選別してその電子状態を調べることのできるユニークな手法です。SPring-8 BL39XU では、ダイヤモンド移相子によって左右円偏光を生成できるため、超伝導磁石による高磁場下でのXMCD測定が可能になりました。

この超伝導磁石は、磁場を最大10 Tまで印加することが可能であり、試料温度も2-300 Kの範囲で制御可能です。この超伝導磁石の導入により、磁場によって強磁性が誘起されるようなメタ磁性転移の研究や、極低温領域で強磁性が発現するような系に対する研究も盛んに行われるようになりました。特に、この高磁場・極低温という試料環境は、ランタノイドやアクチノイドを含むような強磁性化合物には有用であると考えられます。最近では、この超伝導磁石に高圧発生装置ダイヤモンド・アンビル・セル(図1)を組み込み、強磁場・極低温・高圧という極端条件下でのXMCD測定も行われております。

図1：超伝導磁石に据付可能なダイヤモンド・アンビル・セル(設計： 広島大 石松氏)

図2に示すのは、FePt規則合金によるPt L₃-吸収端での高圧下XMCDスペクトルスペクトルです。磁場H =10 T、圧力P = 20 GPa、室温での測定結果です。また、図3には、XMCDスペクトルを磁気光学総和側に従って解析することで得られたPt 5d電子の軌道磁気モーメントの期待値Lzのスピン磁気モーメントの期待値Szに対する比の圧力依存性を示しております。このように、SPring-8 BL39XUでは高磁場、高圧下、極低温といった極端条件下でのXMCDスペクトルの測定も可能となっています。

図2： FePt規則合金における磁場H = 10 T、圧力P = 20 GPa、室温でのPt L₃-吸収端でのXMCDスペクトル。

図3： FePt規則合金におけるPt 5d電子のLz/Szの圧力依存性(H = 10 T)。

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Private communication/others

Description

広島大学 石松氏から提供

Technique

XMCDスペクトルは、右回りと左回り円偏光X線の吸収量の差をエネルギーの関数として測定することによって得られます。この例では、Pt L-吸収端(2p軌道から5d軌道への電子励起に対応)でのXMCDスペクトルを測定することによって、主としてPt 5d電子のスピン分極に関する情報が得られます。本装置は、入射X線方向に対して平行または反平行に磁場を印加することができ、また入射X線方向だけでなく、それと90度方向にも窓が設けられているため、透過法および蛍光法による測定が可能です。

図．X線磁気円二色性(XMCD)測定の原理。

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Private communication/others

Description

鈴木基寛氏により作成

Required time for experimental setup

6 hour(s)

Instruments

Instrument	Purpose	Performance
10 T 超伝導マグネット	極端条件下でのX線磁気円二色性の測定	最大印加磁場10 T、試料温度 2-300 K
超伝導磁石用ダイヤモンド・アンビル・セル	高磁場・極低温下での高圧下XMCDの測定	圧力範囲 0-30 GPa、透過型

References

Document name
石松直樹、山田真裕、圓山裕、河村直己、第46回 高圧討論会、室蘭工業大学、2P24、2005年10月.
S. Uemoto, H. Maruyama, N. Kawamura, S. Uemura, N. Kitamoto, H. Nakao, S. Hara, M. Suzuki, D. Fruchart, and H. Yamazaki, J. Synchrotron Rad. 8, 449 (2001).
J. Chaboy, C. Piquer, N. Plugaru, M. Artigas, H. Maruyama, N. Kawamura, and M. Suzuki, J. Appl. Phys. 93, 475 (2003).
J. Chaboy, H. Maruyama, N. Kawamura, and M. Suzuki, Phys. Rev. B 69, 014427 (2004).
T. Honma, N. Kawamura, M. Suzuki, M. Mizumaki, H. Maruyama, N. Ishimatsu, Y. Inada, and Y. Onuki, J. Physics: Condensed Matter 15, S2171 (2003).
J. Chaboy, M. A. Laguna-Marco, M. C. Sanchez, H. Maruyama, N. Kawamura, and M. Suzuki, Phys. Rev. B 69, 134421 (2004).
H. Maruyama, N. Ishimatsu, and N. Kawamura, Physica B 351, 328 (2004).
Y. Yamamoto, T. Miura, M. Suzuki, N. Kawamura, H. Miyagawa, T. Nakamura, K. Kobayashi, T. Teranishi, and H. Hori, Phys. Rev. Lett. 93, 116801 (2004).

Related experimental techniques

磁化測定、X線磁気散乱、軟X線領域でのX線磁気円二色性

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.
With user's own instruments.

Ease of measurement

Middle

Ease of analysis

Middle

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

Two-three shifts