背景と研究目的：
BL25SUでは、軟X線領域において高輝度で高偏光度の円偏光が利用可能であり、遷移金属や希土類元素を含む磁性体試料のX線磁気円二色性(XMCD)測定に広く利用されている[1,2]。ツインヘリカルアンジュレータによる偏光反転法によりバックグラウンドが小さく、統計精度の高いXMCDスペクトルを取得できる。具体的には、3d遷移金属元素を含む薄膜試料に対して電子収量法を用いることで、１原子層(ML)の薄膜に対しても高感度でのXMCDデータの取得が可能となっている。3d遷移金属のナノワイヤーやナノドット試料(実効膜厚0.1ML以下)に対しても測定実績がある[3]。3d磁性体に加えて、近年、希土類錯体磁石が注目されており、単分子磁石の磁気特性の電子状態からの解明が強く望まれている[4]。希土類単分子磁石試料の研究には、数ケルビンの低温、数テスラの強磁場が必要である。BL25Sはこれらの測定環境を提供できるため、希土類錯体磁石の研究に適している。ただし、低濃度の希土類試料の測定例は多くなく、単原子層もしくはそれ以下の薄膜試料をどの程度の精度で測定が可能であるかを把握する必要がある。そこで、本課題では、低濃度の希土類試料に対するXMCDおよびX線吸収スペクトル(XAS)の測定感度を評価することを目的とした。Tbを含む希土類錯体磁石を、Au基板上に単分子濃度以下に展開した試料を用い、全電子収量法(total electron yield: TEY法)によるXASおよびXMCDスペクトルを測定した。得られた結果から、希土類元素に対する検出感度の下限や、試料基板に含まれるAuからのバックグラウンドの影響を見積ることを目的とした。
実験：
試料として、Tbを含む二層オクタエチルポルフィリン希土類単分子磁石錯体、Tb(OEP)2の単分子膜を用いた[5,6]。Tb(OEP)2単分子磁石は、磁性原子であるTbの上下に平面上のオクタエチルポルフィリン分子が結合した錯体である。１分子あたり１個のTb原子を含んでいる。この錯体分子をAu/マイカ基板上に成膜した。分子膜が一原子層の厚さで形成されていることを、走査型トンネル顕微鏡によって確認した。Tb濃度はおよそ0.1個/nm2と見積もられた。XMCD測定にはBL25SUに装備されている常伝導磁石XMCD装置を用い、最大磁場±1.9T、温度6Kの条件で行った。信号の検出は試料のドレイン電流を測定する全電子収量法によって行い、ツインヘリカルアンジュレータによる偏光反転法を用いた。磁場方向として、試料面に垂直方向(θ=0°)ほぼ面内方向(θ=80°)およびそれらの中間方向(θ=45°)の三つの方向に対して、XASスペクトル、XMCDスペクトルおよび元素選択的磁化曲線(element-specific magnetization: ESM)を取得した。

カテゴリ: 物理
質問: 希土類単分子磁石試料の研究には何が必要とされますか。
回答: 希土類単分子磁石試料の研究には数ケルビンの低温、数テスラの強磁場が必要とされます。