課題番号 ：S-16-MS-2015
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：反強磁性Mn超薄膜/強磁性Fe超薄膜ヘテロ構造のナノスケール交換結合特性評価
Program Title (English) ：Nanoscale magnetic coupling at the interface of Mn/Fe thin film heterostructures
利用者名（日本語） ：宮町俊生1), 中島脩平1), 高橋文雄1),高木康多2,3), 横山利彦2,3) , 小森文夫1)
Username (English) ：T. Miyamachi1), Y. Takahashi1), S. Nakashima1), Y. Takagi2,3), T. Yokoyama2,3), F. Komori1)
所属名（日本語） ：1) 東京大学物性研究所, 2) 分子科学研究所, 3) 総合研究大学院大学
Affiliation (English) ：1) Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
2) Institute for Molecular Science
3) The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)

１．概要（Summary）
反強磁性/強磁性超薄膜ヘテロ構造から構成される交換結合膜の長年の課題として、接合界面におけるナノスケールでの構造および電子・磁気状態の乱れに起因する交換結合エネルギー低下が挙げられる。本研究では反強磁性Mn超薄膜/強磁性Fe超薄膜ヘテロ構造の界面における構造と電子・磁気状態の相関を明らかにすることを目的に、走査トンネル顕微鏡(STM)による構造評価および埋もれた界面の電子・磁気状態を元素選択的に議論可能な放射光X線吸収分光/X線磁気円二色性(XAS/XMCD)測定を行った。XAS/XMCD測定の結果、Cu(001)基板上の強磁性Fe超薄膜は先行研究同様に面直容易磁化を示したが（Mn超薄膜：0原子層）、反強磁性Mn超薄膜の膜厚の増大に伴い（＜3原子層）、Fe超薄膜の面直磁気異方性は徐々に低下し、面内磁気異方性をもつ状態へとスピン再配列転移を起こすことが明らかになった。
２．実験（Experimental）
測定はUVSOR BL4BのXAS/XMCD装置を用いて全電子収量法にて行った（試料温度80 K、印加磁場0-5 T）。まず、超高真空中でCu(001)清浄表面へFeを室温蒸着し（約7原子層）、強磁性Fe超薄膜を作製した。その後、Mn室温蒸着により反強磁性Mn超薄膜を積層し（0-5原子層）、超薄膜ヘテロ構造を作製した。XMCDスペクトル(μ+ – μ–)は円偏光ヘリシティと試料スピンが平行/反平行(μ+/μ–)なXASスペクトルの差分により得た。面内(θ = 55°)および面直(θ = 0°)配置でXAS/XMCD測定を行い、Mn/Fe超薄膜ヘテロ構造の容易磁化方向や磁気モーメントのMn超薄膜の膜厚依存性を調べた。θは試料表面のノーマル方向と入射X線間の角度として定義している。

３．結果と考察（Results and Discussion）
強磁性Fe超薄膜のXAS/XMCD測定の結果、より大きなXMCDシグナルが面直配置で観測され（磁場下および残留磁場下）、先行研究同様に面直容易磁化を確認した。しかし、Mn超薄膜を積層することによってFe超薄膜の面直XMCDシグナルは徐々に減少し面内容易磁化を示すことがわかった（スピン再配列転移）。これに対応する界面構造のSTM観察の結果、界面のFe原子とMn原子が混じり合って表面合金化し、さらに、その組成や構造は膜厚の増大に伴い変化していくことがわかった。Mn超薄膜が3原子層以上になると純粋なMn層が表面に現れ、Fe超薄膜の磁気特性も変化は無かった。XAS/XMCD測定およびSTM観察の結果より、反強磁性/強磁性超薄膜ヘテロ構造の磁気特性は数原子層から構成される界面合金層によって決定づけられると結論付けた。

４．その他・特記事項（Others）
本研究はJSPS科研費 若手研究(A) 16H05963、基盤研究(B) 26287061、放送文化基金、島津科学技術振興財団および池谷科学技術振興財団の助成をうけて行われた。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
・論文発表1件
・学会発表6件

６．関連特許（Patent）
なし。