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） 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）

内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） 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

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

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

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

Magnetic semiconductors for spintronics 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

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

Magnetic semiconductors for spintronics 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

内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） 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

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

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

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

Ru 3p core-level MCD in Ca1-xSrxRuO3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 150 100 50 T (K) x ferromagnetic paramagnetic Phase diagram 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.

内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） 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

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

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

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

内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） 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

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

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

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

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

内殻吸収磁気円二色性（Magnetic Circular Dichroism：MCD） 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

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

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

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

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 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