研究領域の現状 199
横 山 利 彦（教授） （2002 年 1 月 1 日着任）
A -1) 専門領域：表面磁性、Ｘ線分光学、磁気光学
A -2) 研究課題：
a) Ｘ線磁気円二色性・磁気光学 K err 効果などの分光学的手法を用いた磁性薄膜の表面磁性 b) 超高速時間分解紫外磁気円二色性光電子顕微鏡の開発
A -3) 研究活動の概略と主な成果
a) 磁性薄膜は垂直磁化や巨大磁気抵抗などの興味深い磁気特性を示し，基礎科学的にも応用的な見地からも広く研 究が 行われている。当研究室では，実 験 室で簡便に行える磁 気光学 K err 効果（M O K E ）法に加え，U V S O R - I I B L 4B を用いたＸ線磁気円二色性法（X MC D）を用いて，様々な磁性薄膜の磁気特性検討を行ってきた。今年度は， X M C D 観測系において，超高真空仕様超伝導磁石 / 極低温クライオスタットを導入し，7 T ，5 Kでの測定が可能 となるような大改造を行った（従来は 0.3 T ，100 K ）。立ち上げはほぼ順調に終了し，C u(001) 表面に作成した 0.4 原子層 C o の磁気異方性，C u(001) 表面に作成した C o，Ni 薄膜の磁気特性の NO 吸着効果，N 吸着 C u(001) 表面に 作成した 1 原子層 F eN の磁気特性，Cu(001Cu(110)-(2×3)N 表面に自己組織化的に成長させた Co ナノロッドの磁気
特性などを検討した。
b) 紫外光による磁気円二色性は放射光Ｘ線に比べ一般に感度が２桁程度も悪く，磁気ナノ構造を観測するための光電 子顕微鏡には応用できないとされてきた。しかし，一昨年度から昨年度にかけて，我々は，光エネルギーを仕事関 数しきい値付近に合わせると紫外磁気円二色性感度が２桁も向上し，放射光Ｘ線と同程度になり，しきい値から外 れると急激に減衰する現象を発見した。この発見に基づき，昨年度，H eC d レーザーを用いた紫外磁気円二色性光 電子顕微鏡像を世界で初めて観測することに成功した。レーザーによるポンププローブ法を用いることで，時間分 解能が容易に 100 f s 程度に到達でき，放射光Ｘ線の 100 ps よりはるかに高速な時間分解能が得られるので，この 開発に着手した。既に 400 nm の T i :sapphi re レーザーを用いて試験的に時間分解（100 f s 程度）顕微像を得ること に成功した。現在，220–300 nm 程度の深紫外レーザー（T i:sapphi re レーザー 3，4 倍波）を導入し，また，試料槽 の整備等を行っているところである。さらに，光電子分光器を導入し，二光子磁気円二色性光電子分光も検討して いる。
B -1) 学術論文
T. NAKAGAWA, T. YOKOYAMA, M. HOSAKA and M. KATOH, “Measurements of Threshold Photoemission Magnetic Dichroism Using Ultraviolet Lasers and a Photoelastic Modulator,” Rev. Sci. Instrum. 78, 023907 (5 pages) (2007).
J. MIYAWAKI, D. MATSUMURA, A. NOJIMA, T. YOKOYAMA and T. OHTA, “Structural Study of Co/Pd(111) and CO/Co/Pd(111) by Surface X-Ray Absorption Fine Structure Spectroscopy,” Surf. Sci. 601, 95–103 (2007).
T. NAKAGAWA, M. OHGAMI, H. OKUYAMA, M. NISHIJIMA and T. ARUGA, “Transition between Tetramer and Monomer Phases Driven by Vacancy Configuration Entropy on Bi/Ag(001),” Phys. Rev. B 75, 155409 (7pages) (2007).
A. SAITO, K. TAKAHASHI, Y. TAKAGI, K. NAKAMATSU, K. HANAI, Y. TANAKA, D. MIWA, M. AKAI-KASAYA, S. SHIN, S. MATSUI, T. ISHIKAWA, Y. KUWAHARA and M. AONO, “Study for Noise Reduction in Synchrotron Radiation Based Scanning Tunneling Microscopy by Developing Insulator-Coat Tip,” Surf. Sci. 601, 5294–5299 (2007).
200 研究領域の現状
K. TOMATSU, K. NAKATSUJI, T. IIMORI, Y. TAKAGI, H. KUSUHARA, A. ISHII and F. KOMORI, “Atomic Seesaw Switch Realized by Tilted Asymmetric Sn-Ge Dimers on the Ge(001) Surface,” Science 315, 1696–1698 (2007).
Y. TAKAGI, K. NAKATSUJI, Y. YOSHIMOTOA and F. KOMORI, “Superstructure Manipulation on a Clean Ge(001) Surface by Carrier Injection Using an STM,” Phys. Rev. B 75, 115304 (10 pages) (2007).
D. SEKIBA, Y. YOSHIMOTO, K. NAKATSUJI, Y. TAKAGI, T. IIMORI, S. DOI and F. KOMORI, “Strain-Induced Change in Electronic Structure of Cu(100),” Phys. Rev. B 75, 115404 (12 pages) (2007).
B -2) 国際会議のプロシーディングス
H. ABE, K. AMEMIYA, D. MATSUMURA, T. OHTSUKI, E. SAKAI, T. YOKOYAMA and T. OHTA, “Depth-Resolved XMCD Application to Fe/Ni/Cu(001) Films,” AIP Conf. Proc. 882, 384 (2007).
B -3) 総説、著書
中川剛志、横山利彦 , 「可視・紫外レーザーによる磁性薄膜での光電子磁気二色性」, 日本物理学会誌 , 62, 522–526 (2007). 太田俊明、横山利彦 , 編著 , 「内殻分光—元素選択性をもつＸ線内殻分光の歴史・理論・実験法・応用—」, 1章「はじめ に」p.1–5, 4章「X A F S」1節「はじめに」p.79–79, 2 節「E X A F S と熱振動」p.80–86 を横山が分担執筆 , アイ・ピー・シー出版 (2007)． 齋藤 彰、高橋浩史、高木康多、花井和久、中松健一郎、細川博正、田中義人、三輪大五、矢橋牧名、松井真二、石川 哲也、辛埴、桑原裕司、青野正和 , 「放射光 ST M を用いたナノスケール表面元素分析」, 表面科学会誌 , 28, 453–458 (2007). 小森文夫、高木康多、中辻 寛、吉本芳英 , 「トンネルキャリア注入とその伝播によるナノスケール遠隔原子操作」, 固体物理 , 42, 19–27 (2007).
B -4) 招待講演
中川剛志 , 「紫外レーザー誘起光電子を利用した磁気二色性の研究」, 日本表面科学会第２７回表面科学講演大会 , 東京 , 2007年 11月．
B -6) 受賞、表彰
中川剛志 , 日本表面科学会第３回若手研究者部門講演奨励賞 (2006).
B -7) 学会および社会的活動 学協会役員、委員
Executive Committee member of the International XAFS Society (2003.7– ).
日本学術振興会科学研究費委員会専門委員 (2004.1–2005.12).
高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所放射光共同利用実験審査委員会実験課題審査部会委員 (2003.1– )、 同化学材料分科会委員長 (2005.1– ).
日本化学会関東支部幹事 (1999.3–2001.12). 日本 X A F S 研究会幹事 (2001.1–2007.12). 日本放射光学会評議員 (2004.1–2005.12). 日本放射光学会編集幹事 (2005.1–2006.12).
研究領域の現状 201 学会の組織委員
第１１回Ｘ線吸収微細構造国際会議プログラム委員 (2000.8).
X A F S 討論会プログラム委員 (1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007). 日本放射光学会年会組織委員、プログラム委員 (2005).
学会誌編集委員
日本放射光学会編集委員 (2000.9–2002.8, 2004.1–2006.12). 日本放射光学会誌編集委員長 (2005.1–2006.12).
科学研究費の研究代表者、班長等
科学研究費補助金特定領域研究「分子スピン」総括班事務局 (2003–2006). その他
文部科学省先端研究施設共用イノベーション創出事業 ナノテクノロジーネットワーク「中部地区ナノテク総合支援：ナノ 材料創製加工と先端機器分析」拠点長 (2007–2011).
B -8) 大学での講義、客員
東京工業大学大学院理学研究科 , 「薄膜表面磁性（化学特別講義第二）」, 2007年 10月 23日–24日. 理化学研究所播磨研究所（R IK E N/SPring-8）, 協力研究員, 2007年 9月– .（高木康多）
B -9) 学位授与
馬暁東 (MA , X iao-Dong), “ Magnetism of chemically modified ultrathin metal films and nanorods studied by magneto-optical methods,” 2007年 3月, 博士（理学）.
B -10)外部獲得資金
基盤研究 (A ), 「フェムト秒時間分解紫外磁気円二色性光電子顕微鏡の開発」, 横山利彦 (2007年 –2009年 ).
文部科学省先端研究施設共用イノベーション創出事業 ナノテクノロジーネットワーク, 「中部地区ナノテク総合支援：ナノ材 料創製加工と先端機器分析」, 横山利彦（拠点長） (2007年 –2011年 ).
若手研究 ( A ) , 「磁性薄膜でのレーザー光電子による偏光可変・多光子磁気二色性と光電子顕微鏡の研究」, 中川剛志 (2007 年 –2009年 ).
若手研究 (B), 「半導体表面のドーパントの元素識別−放射光 ST M を用いて−」, 高木康多 (2007年 -2009年 )
若手研究 ( B), 「レーザー誘起磁気円二色性光電子放出を利用した磁気走査トンネル顕微鏡の開発」, 中川剛志 (2003年 –2006 年 ).
特定領域計画研究 , 「ナノスケール薄膜・ワイヤ・クラスターの表面化学的磁化制御と評価」, 横山利彦 (2003年 –2006年 ). 住友財団基礎科学研究費 , 「レーザー誘起磁気円二色性光電子放出を利用した磁気走査トンネル顕微鏡」, 中川剛志 (2005 年 ).
基盤研究 ( A ) (2) , 「表面磁気第二高調波発生法による磁性ナノ薄膜・ナノワイヤの表面化学的磁化制御の検討」, 横山利彦 (2003年 –2005年 ).
基盤研究 (B)(2), 「エネルギー分散型表面 X A F S 測定法の開発」, 横山利彦 (1999年 –2001年 ). 基盤研究 (C )(2), 「バルク及び表面融解のミクロスコピックな検討」, 横山利彦 (1997年 –1998年 ).
202 研究領域の現状 C ) 研究活動の課題と展望
２００２年１月着任以降，磁性薄膜の表面分子科学的制御と新しい磁気光学分光法の開発を主テーマとして研究グループをス タートさせた。前者では，磁性薄膜・ナノワイヤ・ナノドットの磁気的性質，および分子吸着などの表面化学的な処理による 新しい現象の発見とその起源の解明などを目指している。後者としては，超高真空表面磁気光学 K err 効果法，Ｘ線磁気円 二色性法（U V S OR 利用），磁気的第二高調波発生法（フェムト秒 T i:S apphi re レーザー使用），極低温超高真空走査トンネル 顕微鏡などがある。
今年度はＸ線磁気円二色性法システムの電磁石を超伝導磁石（7 T ）とし，極低温下（5 K ）での測定を可能とした。既に多くの 共同研究を行い始めているが，高磁場極低温測定が必要な磁気異方性に関する研究やクラスター・ナノロッド磁性を検討する。 また，紫外光励起光電子放出による磁気円二色性が仕事関数しきい値近傍で極端に増大する現象を発見し，紫外磁気円二 色性光電子顕微鏡を世界に先駆けて開発した。現在放射光を利用したＸ線磁気円二色性光電子顕微鏡の時間分解能は 70 ps が世界最高であるが，このたび試験的にではあるが紫外パルスレーザー利用 100 fs 超高速時間分解紫外光電子顕微鏡測 定に成功した。紫外波長可変レーザーを整備したので，本実験に入る段階である。今後は，これまでほとんど全く研究され ていない二光子磁気円二色性光電子分光を含めて検討する。さらに，空間分解能向上のため，走査トンネル顕微鏡を用いて 同じ測定が可能かどうか，また，自然円二色性顕微鏡の開発などにも着手したい。
