JASRIら,磁化ゼロの状態でXMCDを観測

高輝度光科学研究センター(JASRI)と東北大学は,磁気光学効果であるX線磁気円二色性(XMCD)は,強磁性やフェリ磁性など磁化を有する磁性体のみならず,磁化ゼロの状態にあっても特定の磁気秩序を有する反強磁性体には観測され得ることを理論的に明らかにした(ニュースリリース)。

XMCDは,円偏光X線を磁石に照射したときに,右回り円偏光と左回り円偏光で相互作用の大きさが異なり,X線吸収量などの違いとして実験的に検出される。これまで,強磁性体,フェリ磁性体,反強磁性体,常磁性体などでXMCDを観測するためには「磁化」が必要だと考えられてきた。

しかし現在,放射光施設の光源性能が飛躍的に向上したことでXMCDによる磁化検出感度や精度が大幅に向上したため,研究グループは,磁化がなくてもXMCDが観測されることはあるのか,研究を行なった。

その結果,正三角形の頂点に磁性原子を配置した特殊な反強磁性秩序を仮定し,かつ,その磁気モーメントが扁平に拡がる電子雲のスピンから生じるというモデルを立てて見出した。他研究グループにおいても異なる理論的アプローチで磁化ゼロのXMCDの存在を説明しているが,実験で期待されるXMCDスペクトルを直接計算して示した初めての報告だという。

今回の理論研究によって磁化を持たない磁性体でもXMCDが観測され得ることが分かり,「例外を除けば..」と追記することが必要になったとする。

研究グループは,今後,この研究で理論的に予測した現象がSPring-8のBL25SUなどで実験的に確認され,X線と磁性の相互作用に関する理解がさらに深化することを期待するとともに,SPring-8,および東北大学の青葉山新キャンパスに建設が進む次世代放射光施設における先端計測技術と理論研究を融合し,「Sustainable Development Goals(SDGs):持続可能な開発目標」の実現や,イノベーションにつながる物質材料研究を推進していきたいとしている。

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