軟 X 線磁気円二色性分光で観る
超高密度垂直磁気記録媒体
安居院あかね日本原子力研究所関西研究所放射光科学研究センター〒679
5148 兵庫県佐用郡三日月町光都 1
1
1

水牧仁一朗
朝日 透
要

旨

高輝度光科学研究センター〒6795198 兵庫県佐用郡三日月町光都 111

早稲田大学生命医療工学研究所〒1620041 東京都新宿区早稲田鶴巻町513

今日の高度情報化社会を支える基盤技術の一つにハードディスクを代表とする高密度磁気記録が挙げられる。

垂直磁気記録は，超高密度磁気記録方式として30年以上も前に日本から提案されながら技術的困難から実用化されずにいたが，2005年 6 月に，ついに日本企業が世界に先駆け垂直磁気記録方式を採用した製品の発売を開始した。この次世代の高密度磁気記録媒体には強い垂直磁気異方性を示す磁性材料の研究が不可欠となる。例えば，Co/Pd 人工格子多層膜や希土類遷移金属アモルファス合金膜が有望な磁気記録材料として注目されている。これまでに，垂直磁化膜の磁気異方性エネルギーや保磁力などのマクロスコピックな報告が多くなされている一方で，それらの磁性膜の構成元素ごとの磁気特性に着目したミクロスコピックな測定から得られる物理量と，それらのマクロスコピックな物理量との相関について論じた研究の例は多くない。本稿では垂直磁化膜の磁気的性質を軟 X 線磁気円二色性分光法を用いて元素選択的軌
道選択的に測定し，ミクロスコピックな観点から人工格子薄膜の下地効果や，アモルファス合金膜で希土類元素が果たす役割などについて研究した例を紹介する。

1. はじめに状結晶粒の集合体）を微細化し，1 ビットに相当する磁区（磁気クラスターが集合して形成する同方向の磁化をもつ

今日の高度情報化社会を支える基盤技術の一つとして情領域）の大きさを小さくしなければならない。しかし，磁報ストレージ技術が挙げられる。 1960 年代には巨大な磁気クラスターを小さくしすぎると常温でも熱ゆらぎの効果

気テープによる磁気記録技術が情報ストレージ技術の主流が相対的に増大し超常磁性状態となるため，記録された磁であった。その後，種々の材料および要素技術の開発を経化が反転するという熱減磁現象が発現する。現行の長手方て，現在は先端ナノテクノロジー技術を結集させたハード式では隣接した磁区の磁化方向が互いに向かい合っている

ディスクが高密度磁気記録デバイスとして身近なエレクトため磁区境界近傍では磁化反転しやすくなり熱減磁現象がロニクス商品に浸透しつつある。近年，ハードディスクの顕著となる。これが面記録密度の向上を妨げることとなる

面記録密度は長手磁気記録方式を用いて（Fig. 1(a )参照）

ので，長手記録方式では200 Gbit/inch2 程度が限界と云わ

年60～80の割合で増加し，現在100 Gbit/inch2 を越えるれている。

面記録密度を達成している。さらに面記録密度を高めるにこの問題を克服する磁気記録方式として，すでに 1970

は情報を記録する磁気記録媒体の磁気クラスター（磁性柱

年代に Iwasaki1) によって垂直磁気記録方式が提唱されている（ Fig. 1 ( b )参照）。垂直磁気記録では線記録密度が高くなればなるほど反磁界による影響を減少させることが出来るので，磁区構造が安定化するという利点があり高密度記録に適していると言われている。しかしながら，この画期的な提案も実用となると，記録媒体だけでなく，記録再生磁気ヘッド，トライボロジー技術，信号処理技術などの先端技術の複合的融合的な開発が不可欠となり，その困難さから実現していなかった。日本では，わが国で発明された技術を実用化しようと産学官の研究機関で研究開発がFig. 1

Image of (a) longitude recording system and (b) perpendicular recording system.

続けられてきた。昨年 12 月，発明から約 30 年を経て東芝が世界に先駆けて垂直記録ハードディスク製品の量産化予

放射光 July 2005 Vol.18 No.4 ● 215(C) 2005 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research定を宣言し本年 6 月に発売を開始した。また，本年 4 月には日立 GST も実用化の予定をプレス発表した。これにより， 2005 年から 2006 年にかけて磁気記録方式の移行が進展し，垂直磁気記録の研究に拍車がかかると予測される。
上述したように次世代の超高密度磁気記録方式が注目されている。垂直磁気記録では，媒体面法線方向に磁化容易軸をもつ垂直磁化膜の開発が必要となる。特に，垂直磁気
異方性エネルギーを保持しつつ結晶粒子の高配向化，結晶粒子や磁気クラスターの微細化やグラニュラー化などの微細構造を制御し，飽和磁化（ Ms）や保磁力（Hc）の大きさを適切化して記録媒体として効果的な垂直磁化膜を開発する研究が進められている。そのような磁気特性は磁化膜全体の特性を示すマクロな量である。マクロな特性は膜を構成する化合物の構成元素ごとのミクロスコピックな性質が複雑に絡みあって発現している。しかしながら，媒体材

Fig. 2

Schematic view of XASMCD process.

料開発においてはマクロスコピックな磁気特性の測定や微細構造の解析が主となっており，その基礎となる構成元素
ごとのミクロスコピックな性質とマクロスコピックなそれの電子状態スピン状態の知見が直接得られると考えられとの相関について着目した研究は進んでいない。

る。また，内殻電子のエネルギー準位は元素別に軌道ごと

著者らはこの点に着目し，近年，軟 X 線磁気円二色性に依存して大きく異なるので，合金や多層膜など多元成分

吸収分光法により，Co/Pd 人工格子多層膜や希土類遷移系物質でも，その構成元素特有のエネルギー帯を選別して金属（RE TM ）アモルファス合金薄膜などの垂直磁化膜

測定を行えば各々の元素の知見を得ることが可能となる。

について構成元素ごとに磁気的性質を評価し，磁性元素のX 線吸収スペクトル（X-ray Absorption Spectrum: XAS）

軌道磁気モーメント及びスピン磁気モーメントの大きさとなど，内殻電子の励起に伴う光吸収は電気双極子遷移を主

マクロな磁気特性との関係を調べ，それらの知見を材料設としており双極子モーメントの選択則（Dl＝±1）に従う

計にフィードバックさせて活用しようと試みている。磁性ので，入射光エネルギーを適切に選択することにより，測材料の軟 X 線磁気円二色性吸収分光測定は基礎的な分光定の対象となる元素とその軌道を選択した非占有準位の知研究の観点から長い間研究が行われてきているが，ここで見を反映する（ Fig. 2 参照）。例えば，遷移金属元素の 2pは垂直磁化膜の研究に有用なツールであることを実例を通内殻電子が選択励起された場合は 3d 電子状態を反映する

して紹介する。

スペクトルとなり，希土類元素の 3d 電子が励起された場
合は 4f 電子状態を反映するそれとなる。

2. 軟 X 線磁気円二色性吸収分光

強磁性体の場合，入射光のヘリシティが右円偏光（RCP ）あるいは左円偏光（LCP ）のどちらかに応じて電強磁性体の多くは 3d 遷移金属，4f 希土類金属，あるい子 の 遷 移 確 率 は 異 な る 。 こ れ が 磁 気 円 二 色 性 （ MCD:

はそれらの化合物であり，それらの磁気的性質の特徴は主Magnetic Circular Dichroism）の起源となる。右円偏光吸として価電子帯と伝導帯の電子構造に由来する。化合物の収スペクトルと左円偏光吸収スペクトルの強度の差は磁気構成元素が 3d 遷移金属原子であればその 3d 電子が，希円二色性スペクトルと呼ばれ，磁性体のスピン状態を反映

土類であればその 4f 電子が主にその磁性の発現を担う。

する。円偏光の相対遷移強度を局在モデルに基づいて，磁性体の電子状態スピン状態を光学的手法により調べ

XAS および MCD スペクトルを解析すると 1 原子あたりる研究分野は磁気光学と呼ばれている。赤外～可視～紫外の軌道角運動量の期待値〈Lz〉とスピン角運動量の期待値の波長領域におけるファラデー効果や磁気カー効果などの〈 Sz 〉を評価することができる。これらは MCD 軌道総和

磁気光学効果の研究は基礎から応用に至るまで広範囲にわ則及びスピン総和則と呼ばれ， 1990 年代前半に Thole 及

たって展開され2)，バンド間光遷移による偏光特性の変化

び Carra に よ り 導 出 さ れ た 重 要 か つ 有 用 な 法 則 で あから磁気的性質を探る研究手法としてその有用性が認めらる4,5)。スピン軌道相互作用が比較的小さく，吸収原子周れている。一方，軟 X 線を光源として用いる場合は，物りの局所対称性が高いという条件のもとでは， 3d 電子の質を構成する元素の内殻電子状態を始状態とすることがで〈Sz〉の値を評価する際に磁気双極子モーメントの期待値きるので，内殻励起磁気光学では始状態の電子状態はほぼ〈 Tz 〉を 0 とすることが妥当となる6) 。その条件下では，原子準位と等しいと扱える3)。すなわち，軌道およびスピ

軌道磁気モーメント（ morb ）は morb ＝－〈 Lz 〉mB /，また

ン角運動量を明確に指定できるので，終状態となる伝導帯

スピン磁気モーメント（mspin）は mspin＝－〈Sz〉mB/で表

216 ● 放射光 July 2005 Vol.18 No.4

解説 ■ 軟 X 線磁気円二色性分光で観る超高密度垂直磁気記録媒体

Fig. 3

Schematic representation of the perpendicular ˆlm.

Fig. 4Magnetic structure of APPLE2 type undulator. The phaseshift and gap distance control the polarization and peakenergy. l is one magnetic period.

されるので， MCD の実験から遷移金属の 3d 電子や希土類の 4f 電子の磁気モーメントに関する知見を得ることができるのである。

式 MCD 測定方法については本誌 2001 年 11 月号にすでに紹介したが10) ，本稿の内容に合わせここに簡単に繰り返

3. 測定

しておく。 APPLE 2 型アンジュレーターは Fig. 4 に示すように上下角 2 列，計 4 列の磁石列があり，この磁石列

3.1

測定試料

の位相を制御することで任意の偏光を得ることができる。

本稿では人工格子多層膜やアモルファス合金膜など種類

MCD 測定では，入射光のヘリシティか物質の磁化のどちの異なる試料の測定例を紹介する。どの試料とも Fig. 3 にらかを反転させて二色性を測定する。挿入光源などを用い示すように，下地層を形成した Si 基板上にマグネトロンて偏 光を制御 できれば試 料の磁場環境 を変化させ ずにスパッタ法で成膜して作製した7,8) 。最表面は酸化防止の

MCD 測定を行うことが可能となる。本研究で行った試料

ため SiN 膜あるいは C 膜を被膜した。とくに， RE TMのように残留磁化を利用して実験を行う場合は磁場印加の合金薄膜は腐食性が高いという問題があり，実用では保護必要がないので大変簡易な実験となる。偏光反転と分光器膜として SiNx が用いられている。本測定に用いた 5 nmによる入射光のエネルギー挿引のタイミングを組み合わせ

程度の SiN 膜や C 膜は軟 X 線領域では吸収が小さく，測て制御すれば，測定点の時間間隔を短縮でき，また，分光定に必要な入射光の強度を得ることができる9)。

器の機械的再現性に由来するエネルギーのズレなどを抑制

人工格子多層膜およびアモルファス合金薄膜は膜厚，組することができる。この長所は，MCD のような同一エネ

成比，あるいは膜厚比などの変化により，磁化容易軸方向

ルギーで吸収強度の差分をみるような測定では，スペクトが変化する。測定試料には膜垂直方向に磁化容易軸をもつ

ルの精度を向上させるのに非常に有効である。

垂直磁化膜を選び，すべての試料について磁気ヒステリシ

以上ような偏光制御による MCD 測定は， SPring-8 のスループを振動試料型磁力計（VSM: Vibrating Sample

他のビームラインにおいてもすでに行われている11,12)。しMagnetometer）で測定し，マクロスコピックな磁気的性

かし，偏光制御の技術は挿入光源の運用にともなうリング

質 で あ る Ms と Hc を 評 価 し た 。 通 常 の MCD の 測 定 での蓄積電子の軌道の抑制13) ，偏光制御とエネルギー挿引

は，試料に入射させる光の方向と平行に磁場を印加して量の同期10) など，多くの解決しなければならない課題を伴子化軸を定める。本研究で測定に用いた全ての試料は膜面う。いったん出来上がった実験システムを使うだけなら垂直方向の角型比（残留磁束磁化/飽和磁束磁化）が 1 をば，大変簡易で便利な測定方法であるが，その定常的稼動示す垂直磁化膜であり，外部磁場を試料の膜面垂直方向ににいたるまでには多くの地道な努力があることを申し上げ

一旦印加して飽和磁化状態にさせた後，磁場を除去した残ておきたい。

留磁化状態でも一様に垂直方向に磁化された状態が保持される。これを量子化軸とした。

3.2

4. 垂直磁化膜の軟 X 線磁気円二色性
分光測定

測定方法

XAS MCD 測定は試料面に垂直に軟 X 線を入射し，大4.1 ［Co/Pd]n 多層膜型放射光施設 SPring-8 のビームライン BL23SU において

磁気記録媒体に求められる性能の指標として磁気クラス

全電子収量法により室温で行った。全電子収量法は X 線

ターが熱揺らぎに強く，記録ビットが安定であることが挙吸収によって光電子またはオージェ電子が放出されることげられる。磁気記録層の微粒子は粒子間交換相互作用によに応じて試料に流れる電流を計測する手法である。このりクラスター化して磁気クラスターを形成するが，超高密ビームラインには APPLE 2 型アンジュレーターが挿入度化を実現するにはこの磁気クラスターを微細化し，かつ光源として設置されている。この光源を利用した偏光制御

熱安定性を保持することが必須となる。垂直磁気記録媒体

放射光 July 2005 Vol.18 No.4 ● 217

Table 1

Lamination number, seedlayers and magnetic property of[Co/Pd]n multilayered ˆlms
Seedlayer:
Thickness (nm)Ms
(emu/cm 3)

20

C: 5

410

20

C: 30

390

C
D

20
20

C 60
Si: 5

390
420

E
F

20
20

380
340
250
280

Film

Lamination
number n

A
B

G

20

Si: 30
Si: 100
Pd: 3/Si: 100

H
I

10
10

Si: 100
Pd: 3/Si: 100360の候補として開発されている磁性膜には， CoCrPt 系グラ
ニュラー膜14) ， FePt 規則合金15) ， Co / Pd, Co / Pt 人工格子膜16)などがある。［ Co/Pd ]n 人工格子多層膜はナノある
いはオングストロームオーダーの膜厚の Co 層と Pd 層をFig. 5(a) Co L2, 3-edges XAS and (b) MCD spectra of [Co/Pd]20/
C (5 nm ) ˆlm. The energy position of the L3 peak is set to 0
eV.

交互に積層させたものであり，室温で成膜しても強い垂直
磁気異方性を示すこと，各膜の膜厚比及び下地層の成膜条
件により磁気特性が大きく変化することなどが知られていほとんど変化しないことが判った。とくに〈Sz〉の値はマる。さらに［ Co / Pd ]n 多層膜媒体の下地層として C もしクロな測定から期待される値より小さい。〈Sz〉の値を算

くは Si，Pd /Si 複合膜などが検討されており7,17)，透過電出す る際，こ こではバル ク構造での一 般的仮定に 従い

子顕微鏡（TEM: Transmission Electron Microscope）像〈Tz〉＝0 としたが，本研究で用いた極薄膜の Co 原子すなの観察などから，下地層が［ Co / Pd ]n 多層膜媒体の膜成

わち 2 次元性の強い膜構造においてもその仮定を使用し長の初期層に大きく影響を与えていること，並びに数ナノてもよいか議論の余地がある。また，本来非磁性であるメートルの初期劣化層が存在することが明らかとなってい

Pd の 4d 電子がスピン偏極し磁気モーメントをもっている17)。

るとも云われている18) 。総和則で評価した Co の全磁気［Co(0.8 nm)/Pd(0.2 nm)]n 多層膜媒体（n＝20, 10）のモーメントが小さいことと，〈 Tz 〉の値や Pd の磁気モー下地層の種類及び膜厚の異なった試料について，マクロなメントの大きさとの関係についても今後検討する必要があ

磁気特性である Ms を測定した結果を Table 1 に示す。下ると考えている。

が大きく変化していることが分かる9)。

一方，Co の L2, 3 吸収端付近での入射 X 線の侵入長を考試料 A の C（5 nm）を下地層とした［Co/Pd]20 多層膜のえると，本測定で検出できる試料領域は薄膜の表面数層でCo L2, 3 吸収端の XAS スペクトルを Fig. 5 ( a )に示す。点ある。換言すれば，本測定では下地層界面から離れた多層線が左右円偏光でそれぞれ測定したデータであり（Ipara

膜上部層の Co の電子スピン状態を選択的に測定したこ

地層によって Ms

フォトンヘリシティと磁気モーメントが平行，Iantiフォとになり，軟 X 線で進入できる深さに存在する多層膜上トンヘリシティが磁気モーメントと反平行），実線はその部層の Co の電子状態は下地層を変えても大きく変化しな

平均値を表したものである。その MCD スペクトルを Fig.

いことを意味している。TEM の結果と合わせて考えてみ5 ( b )に示す。どちらのスペクトルも L3 及び L2 吸収に起ると，下地層を制御して成膜することにより，上部の Co

因するホワイトライン以外に微細な構造はなく，純金属層の電子スピン状態に影響を与えることなく下地層とCo のスペクトルに類似している。XASMCD スペクトル［Co/Pd ]n 層との界面近傍の初期劣化層を制御することがの測定は Table 1 に示す A～I の試料について実施したが，でき，それにより多層膜の全体の磁気特性を改善できる可

どの試料も類似のスペクトルの形状を示し，下地効果によ能性を示すことができた9)。

るマクロな磁気特性（Ms など）の変化から期待されるよ
うなスペクトルの大きな変化は見られなかった9)。

また，［Co/Pd ]n 多層膜媒体の磁気クラスターサイズを微細化する方法として Co 原子層に B 原子を添加（［CoB/

測定結果を定量的に検討するために，各スペクトルに総Pd ]n）する方法，および成膜中に N2 を添加する方法など

和則を適用し各試料について Co の 1 原子あたりの〈Lz〉がある19) 。［ Co / Pd ]n 多層膜の他に，成膜雰囲気中の Ar

及び〈Sz〉の値を求めた。どの試料についても〈Lz〉の値に N2 を 添 加 し て Co80B20 を タ ー ゲ ッ ト と し て 成 膜 し たはおよそ 0.2 mB，また〈 Sz 〉の値はおよそ 0.4 mB となり，

［ CoB / Pd ]n 多層膜媒体の試料についても Co L2, 3 吸収端

218 ● 放射光 July 2005 Vol.18 No.4

解説 ■ 軟 X 線磁気円二色性分光で観る超高密度垂直磁気記録媒体

XAS MCD 測定した。N2 を添加した試料の MCD スペク
トルには L3 ピークに微細な変化がみられ， Co3d は N2pと混成していることが示唆された。総和則を用いて調べた
結果，B 及び N とも添加しない場合に比べて，N2 を添加した試料では〈Lz〉及び〈Sz〉の値がともに減少している
ことが分かった20) 。多層膜の磁気クラスターサイズを制御するという同じ目的を持っていても，下地層の効果と成膜中の効果では，電子スピン状態への影響はミクロスコ
ピックにみるとその働きが大きく異なることが分かる。
Fig. 6

4.2

Magnetic structure of RETM amorphous alloy.

希土類遷移金属アモルファス合金膜

垂直磁気記録媒体の候補として，アモルファス薄膜系磁性材料の RE TM アモルファス合金膜があげられる21) 。

RETM アモルファス合金は，比較的均一かつ大面積の成膜が可能であり，また組成の制御が容易であるなど材料設計の点でも有利な特色をもつ。日常生活においても，RETM アモルファス合金は永久磁石材料として広く用いられているが，とくに，記録ビットの熱揺らぎ耐性にも優れていることから光磁気記録媒体（MO）の低ノイズ媒体として実用に供されている。例えば，強い垂直磁気異方性を示す TbFeCo 系や DyCo 系のアモルファス合金膜が MO 媒体に用いられている。
一般に，RETM アモルファス合金膜の構成原子である

Fig. 7

RE 原子および TM 原子ともに磁性原子であり，TM 原子MCD spectra of Tb17Fe32.5Co50.5.

の磁気モーメントは同じ方向を向いているのに対して，

RE 原子の磁気モーメントは各々異なった方向を向いてい

4.2.1

Tb17Fe32.5Co50.5 アモルファス合金膜

る。さらに，RE 原子が重希土類（Tb ，Dy など）の時にRE TM ア モ ル フ ァ ス 合 金 膜 の 電 子 状 態 の 研 究 に ，は，RE 原子に由来する磁化を合成した方向は Fig. 6 (a )にMCD 測定のもつ元素選択性が有用であることを示す一例

示すように，全体として TM 原子の磁化の方向と反平行として，Cr（20 nm）を下地層として成膜した垂直磁化をに向きフェリ磁性的配列が形成されると云われている。

もつ Tb17Fe32.5Co50.5 アモルファス合金膜（ 25 nm ）の Co（それに対して，軽希土類（ Nd ， Sm など）の場合は，の L2, 3 ， Fe の L2, 3 及び Tb の M4, 5 吸 収 端の そ れぞ れ のTM 原子とフェロ磁性的配列を形成すると云われている。）

MCD スペクトルを Fig. 7 に示す8) 。スペクトルから TM

さらに，重希土類の磁気モーメンの分布は，Fig. 6(b)に模の Fe ， Co の MCD のピークは同じ方向を向いており Fe式図で示すような，円錐状になりスペリ磁性という磁気構と Co の磁化がフェロ的秩序を示すことが分かる。また，造をとると云われている22)。RETM アモルファス合金膜

Tb のピークはそれらに対して反対方向に向いており，膜はある組成比を選べば垂直磁気異方性を示す薄膜も容易に全体としてはフェリ的秩序を形成していることが示され作製できる。最近，RETM アモルファス合金系の強い垂た。さらに，Tb のピーク強度は Fe や Co のそれと比べて直磁気異方性の特性を活かして RE TM アモルファス合

大きく，薄膜全体の磁気モーメントに Tb の 4f 電子が大金膜を垂直磁気記録媒体に応用することが試みられていきく寄与していることが定性的にわかる。膜全体の磁気特る。記録媒体として用いるためには材料の有している磁気性を測定する VSM によるマクロスコピックな磁化測定法

異方性を最大限に引き出すことが必要であり，そのためにとは 異なり， 構成元素固 有の内殻電子 準位を選択 してはその起源と大きさを理解することは重要である。しかMCD 測定を行うことにより，多元系化合物であっても元し，RETM アモルファス合金膜の垂直磁化の発現機構が素別の電子スピン状態を抽出して観測できることが分か

完全に理解されている状況ではなく，ミクロスコピックなる。

基礎物性とマクロスコッピクな磁気的性質の関係を調べる
研究の必要性は高い。我々は TbFeCo 系と DyCo 系アモルファス合金膜を用いた軟 X 線 MCD の実験を端緒として研究を展開することにした。

4.2.2

DyxCo100x アモルファス合金膜

RETM アモルファス合金膜の磁気構造の議論を単純にするために，2 元系の DyxCo100x アモルファス合金膜の実験を行った。この合金もその組成により磁気特性は大きく

放射光 July 2005 Vol.18 No.4 ● 219

Fig. 9MCD spectra of Dy3＋ ion, which are deduced from the fullmultiplet model calculation.

Fig. 10

The absolute value of〈Lz〉(open circle) and half opening
angle (solid circle) of Dy 4f orbital moment as a function ofdysprosium concentration.

がよく一致し，Dy の 4f 電子が固体中で強く局在していることを支持しているといえる。このモデルでは磁気モーメ
ントが完全に面垂直方向に整列しているとして，理論スペ
Fig. 8(a) Dy M4, 5- and (b) Co L2,3-edges MCD spectra of Dyx
Co100x. The energy positions of L3 and M5 peaks are set to 0
eV.

クトルに総和則を適用すると〈 Lz 〉＝ 5.1 mB と計算される23)。
一方，実験スペクトルに総和則を適用し Dy の 4f 電子

変化し， x ＝ 15 ～ 33 近傍では垂直磁化を示す。とくに Msの〈Lz〉の値を見積もった結果を，絶対値を用いて Fig. 10

は x ＝ 22 付近で極小を持つことが知られている。 Fig. 8 にに白丸で示す。組成に依存して|〈Lz〉|が大きく変わってい組 成 の 異 な る DyxCo100x 膜 の Dy の M4, 5 及 び Co の L2, 3

るのが分かる。これらの値はモデル計算から算出した値よ

吸収端の MCD スペクトルをそれぞれ示す。Dy の 4f 電子

りも小さくなっている。そこで RE TM アモルファス合と Co の 3d 電子の磁気モーメントが反強磁性的に配列し金中で， RE 元素の磁気モーメントが Fig. 6 ( b )のようにており，補償組成（Ms＝0 となる組成）の前後で（x ＝21

コーン状に分布しており，実効的には，この磁気モーメン～ 24 ）優勢モーメントが Co の 3d 電子から Dy の 4f 電子

トの面垂直に射影された成分が MCD で観測されているとに入れ代わっている様子がわかる23)。

考えてみる25)。つまり，MCD 測定では入射光に対して射Dy が理想的な Dy3＋ イオン状態で基底状態が 6H15/2 で影された磁化の成分のみがスペクトルに反映されることをあると仮定して多重項モデルで計算した MCD スペクトル

考え合わせると，Dy の 4f 電子の磁気モーメントが円錐状を Fig. 9 に示す23)。アトミックモデル24)から計算されたスに広がっているために予想された値より小さくなったとみペクトルは，実験で観測されたスペクトルと定性的に形状な す こ と が で き る 。 そ の 仮 定 を 利 用 し Dy の 4f 電 子 の

220 ● 放射光 July 2005 Vol.18 No.4

解説 ■ 軟 X 線磁気円二色性分光で観る超高密度垂直磁気記録媒体

モーメントの円錐状の広がり角を算出した値を Fig. 10 に青丸でプロットした。広がり角の組成依存性と Ms の組成比依存性を比較してみると，DyCo アモルファス合金膜の8)

スペリ磁性のマクロな磁気特性には，Dy の 4f 電子の磁気モーメントの広がり角が大きく寄与していると考えられ9)る26) 。今後，他の RE TM アモルファス合金膜の MCD

10 )による研究を進め統一した議論をしたい。

5.

おわりに

以上，軟 X 線磁気円二色性分光で観た垂直磁化膜の研究の一端を紹介した。ここでは詳解しないが， Co / Pd 人
工格子多層膜と TbCo アモルファス合金膜を複合させた

11)［TbCo/Pd]n 多層膜の研究にも着手し27)，人工格子多層膜
特有の性質と RE TM アモルファス合金膜的な性質をよく反映した結果が得られている。軟 X 線磁気円二色性を用いた磁性研究は人工格子多層膜あるいは複数の組成を持

12)つ化合物であっても，元素別にその磁気特性を調べる手段
として格段の有用性を示す。軟 X 線磁気円二色性分光測定による研究が，優れた特性をもつ垂直磁化膜の材料研究につながるように今後の研究を進めたい。
謝辞
本研究は主に早稲田大学の川治純博士，佐山淳一氏，田13)

中真人博士，逢坂哲彌教授，富士通研究所の松本幸治博
士，森河剛博士， JASRI の松下智裕博士，信州大学の三14)

浦義正教授との共同研究で行った。また，挿入光源の引き起こす軌道変動の抑制について， JASRI の田中均博士，
高雄勝博士，日本原子力研究所の吉越章隆博士，中谷健博
士をはじめとする多くの方々にご尽力いただいたことに感謝する。実験の一部は SPring-8 共同利用 2002B0642 及び2004A0511 の成果である。また，住友財団基礎科学研究
助成，文部科学省21 世紀 COE 「実践的ナノ化学」プロジ

15)
16)
17)
18)

ェクト及び文部科学省科学技術振興調整費先導的研究等の推進「ナノ界面制御による磁気記録材料の創製」プロジェ

19)

クトの助成に感謝する。

20)

参考文献
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放射光 July 2005 Vol.18 No.4 ● 221● 著者紹介 ●安居院あかね朝日

特殊法人 日本原子力研究所関西研究所放射光科学研究セン
ター
E-mail: agui＠spring8.or.jp
専門光物性，磁気光学［略歴］
1996 年東京大学大学院工学系研究科博士課程（後期）修了，
1996 年日本学術振興会博士特別研究員，1997 年ウプサラ大学
理学部ポストドクタフェロー， 1999 年日本原子力研究所関西
研究所研究員，現在に至る。

早稲田大学 生命医療工学研究所
E-mail: asahi＠mse.waseda.ac.jp
専門キラル科学，磁気化学［略歴］
1988 年早稲田大学大学院修士課程修了，1990 年同大学理工学部助手， 1992 年博士早稲田大学， 1993 年日本学術振興会博士特別研究員，1995年早稲田大学各務記念材料技術研究所助手，
1997 年同大学各務記念材料技術研究所助教授，同大学理工学
総合研究センター助教授を経て， 2003 年同大学大学院理工学研究科助教授， 2004 年同大学生命医療工学研究所教授，同大学大学院理工学研究科教授（兼任），現在に至る。

水牧仁一朗

透

財団法人 高輝度光科学研究センター
E-mail: mizumaki＠spring8.or.jp
専門磁性物理学，X 線分光［略歴］
1997 年東京大学大学院工学系研究科博士課程（後期）修了，
1997 年高輝度光科学研究センター協力研究員， 1998 年同セン
ター利用促進研究部門研究員， 2000 年同センター副主幹研究員，現在に至る。

Investigation of perpendicular magnetic ˆlms bymeans of soft X-ray magnetic circulardichroism spectroscopy
Akane AGUI
Masaichiro MIZUMAKI
Toru ASAHI

Synchrotron Radiation Research Center, Japan Atomic Energy ResearchInstitute, 111 Kouto, Mikazuki-cho, Sayo-gun 6795148, Japan
Japan Synchrotron Radiation Research Institute,111 Kouto, Mikazuki-cho, Sayo-gun 6795198, Japan
Consolidated Research Institute for Advanced Science and Medical Care,
Waseda University,
513 Wasedatsurumaki-cho, Shinjuku-ku, Tokyo 1620041, Japan

Abstract Nowadays, the magnetic data storage technology is supporting our highly information-oriented
society. High storage packing-densities in hard disk drives (HDD) have been desired since the invention andremarkable progress has been made. After the perpendicular recording technology was proposed about 30
years ago, intensive studies have been made to realize this concept all over the world. Very recently, in December, 2004, the ˆrst HDD system based on perpendicular recording was announced to start mass production in Japan, There are many candidate materials for perpendicular magnetic recording media. In this review,the investigation of perpendicular magnetization ˆlms such as multilayered ˆlms of and rare-earth transition
metal amorphous ˆlms are introduced. The measurements were performed by soft X-ray absorption and magnetic circular dichroism spectroscopy (XASMCD), which gave us information on the unoccupied electronicand spin states of individual elements in the materials. It is shown that XASMCD spectroscopy is a useful experimental method to study the perpendicular magnetization ˆlms.

222 ● 放射光 July 2005 Vol.18 No.4