JPH11144927A - Spin orbit compensating characteristic for ferromagnetic samarium material, its control method, and charged particle spin decomposition element utilizing the characteristics - Google Patents
Spin orbit compensating characteristic for ferromagnetic samarium material, its control method, and charged particle spin decomposition element utilizing the characteristicsInfo
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- JPH11144927A JPH11144927A JP9340500A JP34050097A JPH11144927A JP H11144927 A JPH11144927 A JP H11144927A JP 9340500 A JP9340500 A JP 9340500A JP 34050097 A JP34050097 A JP 34050097A JP H11144927 A JPH11144927 A JP H11144927A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、新しい型の磁性材
料とその特性の制御方法、及び該特性を利用した荷電粒
子のスピン分解技術に関する。適用できる製品として
は、荷電粒子線スピン偏極度測定用標的、スピン偏極電
子線発生チップ、スピン偏極トンネル顕微鏡/交換力顕
微鏡用探針などが考えられる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a new type of magnetic material, a method for controlling its properties, and a technique for spin decomposition of charged particles utilizing the properties. Applicable products include a charged particle beam spin polarization measurement target, a spin-polarized electron beam generation tip, and a probe for a spin-polarized tunnel microscope / exchange force microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】磁性体は永久磁石材料、軟磁性材料、及
び磁気記録材料として広く産業技術に応用されている。
これらの用途では磁性体の磁化(発生磁場)やその外部
磁場との相互作用が本質的に利用されている。2. Description of the Related Art Magnetic materials have been widely applied to industrial technology as permanent magnet materials, soft magnetic materials, and magnetic recording materials.
In these applications, the magnetization of a magnetic material (generated magnetic field) and its interaction with an external magnetic field are essentially utilized.
【0003】一方、近年、高エネルギー物理学や固体物
理学の分野における各種相互作用の粒子スピン依存性の
研究とあいまって、スピン偏極粒子の発生や粒子のスピ
ン偏極度測定等に関する技術の向上が望まれている。On the other hand, in recent years, coupled with the study of the dependence of various interactions on the particle spin in the fields of high energy physics and solid state physics, the improvement of techniques related to generation of spin-polarized particles and measurement of the degree of spin polarization of particles has been improved. Is desired.
【0004】磁性体は磁気転移点と呼ばれるある特定の
温度より低い温度領域において、電子のスピンが(空間
的に)偏極した物質であり、そのためこうしたスピン利
用技術に適した素子材料になり得ることは容易に想像さ
れる。しかしながら、実際には、多くのスピン偏極電子
銃には円偏光レーザーによって励起された半導体が用い
られ、電子線のスピン偏極度測定機構には電子線と重原
子(金やタングステン等)との回折・散乱現象が利用さ
れている。即ち、この分野における強磁性体の利用は思
いの外少ない。[0004] A magnetic material is a substance in which the spin of electrons is (spatially) polarized in a temperature range lower than a certain temperature called a magnetic transition point, and therefore can be a device material suitable for such a spin utilization technique. That is easily imagined. However, in practice, semiconductors excited by a circularly polarized laser are used for many spin-polarized electron guns, and the mechanism for measuring the degree of spin polarization of an electron beam uses an electron beam and heavy atoms (such as gold and tungsten). Diffraction and scattering phenomena are used. That is, the use of ferromagnetic materials in this field is surprisingly small.
【0005】この事情は、主として強磁性体の巨視的領
域における電子スピン秩序が通常磁化の発生を伴うこと
に依拠している。強磁性体が磁化を有することは、これ
をスピン分解素子として利用する場合に以下に述べる二
つの点で不利に働く。[0005] This situation mainly depends on the fact that the electron spin order in the macroscopic region of the ferromagnetic material usually involves the generation of magnetization. The fact that the ferromagnetic material has magnetization works disadvantageously in the following two points when it is used as a spin-resolving element.
【0006】一つは、通常無磁場下における強磁性体は
自らの有する磁化のために電子スピンの偏極方向が異な
る多数の微小領域(磁区)に分かれて安定なエネルギー
状態を保つ傾向がある点である。即ち、強磁性体とは言
え必ずしも巨視的な領域にわたって電子スピンが揃って
いるわけではなく、この磁区構造の定量的な制御・評価
は一般には困難である。One is that a ferromagnetic material normally in a no-magnetic field tends to maintain a stable energy state by being divided into a number of small regions (magnetic domains) having different electron spin polarization directions due to its own magnetization. Is a point. That is, although the ferromagnetic material is used, the electron spins are not always aligned over a macroscopic region, and it is generally difficult to quantitatively control and evaluate the magnetic domain structure.
【0007】また、強磁性体中の電子スピンの偏極方向
が何らかの方法により一方向に揃えられた場合には、強
磁性体自身から磁場が漏洩する。あるいはスピンを揃え
るための方法として外部から磁場をかけている場合であ
れば、その磁場発生装置からの漏洩磁場が存在する。こ
れらは検出あるいは発生しようとするスピン偏極荷電粒
子の電荷やスピン磁気モーメントに対して、ローレンツ
力、磁力、ラーモアプリセションといった形で影響を及
ぼしてしまう。これが第二点である。When the polarization direction of electron spins in a ferromagnetic material is aligned in one direction by any method, a magnetic field leaks from the ferromagnetic material itself. Alternatively, if a magnetic field is externally applied as a method for aligning spins, there is a leakage magnetic field from the magnetic field generator. These influence the electric charge and spin magnetic moment of the spin-polarized charged particles to be detected or generated in the form of Lorentz force, magnetic force, Lamo application, and the like. This is the second point.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
背景をもとになされたもので、その目的は、物質中の電
子スピンの偏極方向が巨視的な領域にわたってある一方
向に揃っておりかつ磁化を持たない状態を実現・制御す
ること、及び強磁性体でありかつ前述の問題点を伴わな
い荷電粒子のスピン分解素子を提供すること、である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made on the basis of the above background, and an object of the present invention is to align the direction of polarization of electron spins in a material in one direction over a macroscopic region. And realizing and controlling a state without magnetization, and providing a spin-dissociation element for charged particles which is a ferromagnetic material and does not have the above-mentioned problems.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の目的の1つであ
る“物質中の電子スピンの偏極方向が巨視的な領域にわ
たってある一方向に揃っておりかつ磁化を持たない状態
の実現・制御”は、磁化が主として物質を構成するサマ
リウム(Sm)によって担われている強磁性体(これを
以降強磁性Sm物質と記述する)を適当に選択し、これ
に後述する組成の操作及び熱履歴過程を施すことにより
達成することができる。One of the objects of the present invention is to realize a state in which the direction of polarization of electron spins in a substance is aligned in one direction over a macroscopic region and has no magnetization. The “control” is to appropriately select a ferromagnetic material whose magnetization is mainly carried by samarium (Sm) constituting the material (hereinafter, referred to as a ferromagnetic Sm material), and to control the composition and heat as described later. This can be achieved by performing a history process.
【0010】なお、Smは一般に固体中で5つの4f電
子を有するが、物質によってこれが6つである場合があ
る。ここでは前者の電子配置のみを考えることとし、こ
れを単にSmと記述する。Note that Sm generally has five 4f electrons in a solid, but there are cases where the number is six depending on the substance. Here, only the former electronic configuration is considered, and this is simply described as Sm.
【0011】Smは電子のスピン偏極に起因するスピン
磁気モーメントと軌道運動に起因する軌道磁気モーメン
トとがほぼ同じ大きさであり、かつこの両者がスピン・
軌道相互作用と呼ばれる相対論の効果によって逆向きに
結合することによって全磁気モーメントを構成してい
る。In Sm, the spin magnetic moment caused by the spin polarization of the electron and the orbital magnetic moment caused by the orbital motion are substantially the same, and both of them have a spin magnetic moment.
The total magnetic moment is formed by coupling in the opposite direction by the effect of relativity called orbital interaction.
【0012】従って、強磁性Sm物質においては元来ス
ピン磁気モーメントに起因する磁化と軌道磁気モーメン
トに起因する磁化とが大幅に打ち消し合って巨視的な磁
化が極めて小さくなっている。Accordingly, in the ferromagnetic Sm material, the magnetization originally caused by the spin magnetic moment and the magnetization caused by the orbital magnetic moment largely cancel each other, and the macroscopic magnetization is extremely small.
【0013】さらに、Smは、J多重項と呼ばれる4f
電子のエネルギー状態のうち最もエネルギーが低い基底
多重項と次にエネルギーが低い第一励起多重項とのエネ
ルギー間隔が狭い(およそ1500K)ために、スピン
磁気モーメントと軌道磁気モーメントが僅かに異なる温
度依存性を示すという特徴をもっている。Further, Sm is 4f called a J multiplet.
Since the energy interval between the lowest energy base multiplet and the next lowest energy first excitation multiplet in the electron energy state is narrow (about 1500 K), the temperature dependence of the spin magnetic moment and orbital magnetic moment are slightly different. It has the characteristic of showing sex.
【0014】これら2つの特徴により、磁気転移点以下
の温度領域におけるSmの全磁気モーメントの熱平均値
はイオンの周囲の環境に大きく依存し、その温度依存性
は他の多くの磁性イオンの場合とは大きく異なったもの
となる。Due to these two features, the thermal average value of the total magnetic moment of Sm in the temperature range below the magnetic transition point greatly depends on the surrounding environment of the ion, and its temperature dependence is different from that of many other magnetic ions. Will be very different.
【0015】この特異な温度依存性はフェリ磁性体の熱
磁化曲線と対応させて考えると理解し易い。即ち、フェ
リ磁性体においては逆向きに結合した異種磁性元素の磁
気モーメントの熱平均値の温度依存性の違いが種々の型
の磁化の温度依存性として具現するのに対し、Smの場
合には各Smのスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメ
ントの熱平均値の温度依存性の違いが各Smの全磁気モ
ーメントの熱平均値の多様な温度依存性を引き起こすの
である。図1は、このようなSmの全磁気モーメントの
温度依存性の幾つかの型を模式的に表したものである。This unique temperature dependency can be easily understood by considering it in correspondence with the thermal magnetization curve of the ferrimagnetic material. That is, in the ferrimagnetic material, the difference in the temperature dependence of the thermal average value of the magnetic moment of the dissimilar magnetic element bonded in the opposite direction is embodied as the temperature dependence of various types of magnetization, whereas in the case of Sm, The difference in the temperature dependence of the thermal average value of the spin magnetic moment and the orbital magnetic moment of each Sm causes various temperature dependences of the thermal average value of the total magnetic moment of each Sm. FIG. 1 schematically shows several types of such temperature dependence of the total magnetic moment of Sm.
【0016】フェリ磁性体との類似性からも推測される
ように、強磁性Sm物質においてはスピン磁気モーメン
トに起因する磁化と軌道磁気モーメントに起因する磁化
とがある温度においてちょうど打ち消し合う補償現象を
実現することが可能である。As can be inferred from the similarity with the ferrimagnetic material, the ferromagnetic Sm material exhibits a compensation phenomenon in which the magnetization caused by the spin magnetic moment and the magnetization caused by the orbital magnetic moment cancel each other at a certain temperature. It is possible to realize.
【0017】このような型の熱磁気挙動を示す強磁性S
m物質に対し、巨視的な磁化を有している温度において
(あるいは自発磁化を持たない温度領域から冷却して磁
気転移点を通過させる際に)外部から磁場をかけて物質
中の電子スピンの偏極を一方向に揃えた後、スピン磁気
モーメントに起因する磁化と軌道磁気モーメントに起因
する磁化とが打ち消し合う温度(補償温度)にまで温度
を移行して磁場を0とすることにより、電子スピンの偏
極方向が巨視的な領域にわたってある一方向に揃ってお
りかつ磁化を持たない状態を実現することができる。こ
の場合、該状態におけるスピン偏極の安定性はSmの軌
道磁気モーメントによる強い異方性によって保証されて
いる。Ferromagnetic S exhibiting this type of thermomagnetic behavior
At the temperature where the material has macroscopic magnetization (or when it is cooled from the temperature region without spontaneous magnetization and passes through the magnetic transition point), a magnetic field is applied from outside to the material, and the electron spin in the material is reduced. After aligning the polarization in one direction, the temperature is shifted to a temperature (compensation temperature) at which the magnetization caused by the spin magnetic moment and the magnetization caused by the orbital magnetic moment cancel out, and the magnetic field is reduced to 0, so that the electron It is possible to realize a state in which spin polarization directions are aligned in one direction over a macroscopic region and have no magnetization. In this case, the stability of the spin polarization in this state is guaranteed by the strong anisotropy due to the orbital magnetic moment of Sm.
【0018】しかしながら、全ての強磁性Sm物質が上
述の補償特性を有しているわけではなく、該特性の発
現、さらには補償温度の制御がこれを材料として利用し
ようとする場合に重要な課題であることは明らかであ
る。この補償特性の制御は強磁性Sm物質に対して元素
の置換または添加を適量施すことによって達成される。However, not all ferromagnetic Sm materials have the above-mentioned compensation characteristics, and the manifestation of these characteristics and the control of the compensation temperature are important issues when trying to use them as materials. It is clear that The control of the compensation characteristics can be achieved by appropriately substituting or adding an element to the ferromagnetic Sm substance.
【0019】その作用は次の二通りのものが考えられ
る。The operation can be considered in the following two ways.
【0020】一つには、磁気モーメントをもたない非磁
性元素で強磁性Sm物質を構成する元素の一部を置換し
たりあるいは強磁性Sm物質に非磁性元素を添加したり
することによって、各Smの周囲の環境を変化させ、こ
の環境の変化を通してSmの全磁気モーメントの温度依
存性に影響を与える作用である。但し、この操作は母物
質の磁気的な性質の著しい変質、とりわけスピン磁気モ
ーメントの強磁性的配列から反強磁性的配列への移行や
磁気転移点の著しい低下などを伴わない範囲内で行わな
くてはならない。One is to replace a part of the elements constituting the ferromagnetic Sm substance with a nonmagnetic element having no magnetic moment, or to add a nonmagnetic element to the ferromagnetic Sm substance. The effect is to change the environment around each Sm, and to influence the temperature dependence of the total magnetic moment of the Sm through the change of the environment. However, this operation must be performed within a range that does not involve significant alteration of the magnetic properties of the base material, especially the transition of the spin magnetic moment from a ferromagnetic arrangement to an antiferromagnetic arrangement or a significant decrease in the magnetic transition point. must not.
【0021】第二の作用は、スピン磁気モーメントと軌
道磁気モーメントの割合がSmとは異なる他の磁性希土
類元素で一部のSmを置き換えることによって、物質の
巨視的な磁化のうちのスピン磁気モーメントに起因する
部分と軌道磁気モーメントに起因する部分の割合を変化
させるものである。The second effect is that by replacing a part of Sm with another magnetic rare earth element having a different ratio of the spin magnetic moment and the orbital magnetic moment from Sm, the spin magnetic moment in the macroscopic magnetization of the substance is obtained. And the ratio of the portion caused by the orbital magnetic moment is changed.
【0022】一般に希土類元素同士では大きさが近いた
めに置換が容易であり、しかも母物質のスピン磁気モー
メントが強磁性的に配列している場合には置換した元素
のスピン磁気モーメントも基本的に周囲のスピン磁気モ
ーメントと強磁性的な結合を維持することが経験的に知
られている。In general, substitution is easy because rare earth elements are close in size to each other, and when the spin magnetic moments of the base material are ferromagnetically arranged, the spin magnetic moments of the substituted elements are basically also small. It is empirically known to maintain ferromagnetic coupling with the surrounding spin magnetic moment.
【0023】従って、さらに具体的には、母体となる強
磁性Sm物質中のSmの磁気モーメントについて、軌道
成分がスピン成分を上回っている場合にはスピン磁気モ
ーメントが全磁気モーメントに対して正の方向に寄与し
ている重希土類元素(4f電子を7つ以上有している希
土類元素)を以って、また逆にスピン成分が軌道成分を
上回っている場合にはスピン磁気モーメントが全磁気モ
ーメントに対して負の方向に寄与している軽希土類元素
(4f電子が7つ未満の希土類元素)を以って、それぞ
れSmを適当に置換することにより磁化を減少させ補償
現象を発現、制御することが可能となる。Therefore, more specifically, regarding the magnetic moment of Sm in the base ferromagnetic Sm material, when the orbital component exceeds the spin component, the spin magnetic moment is positive with respect to the total magnetic moment. When a heavy rare earth element (a rare earth element having seven or more 4f electrons) contributing to the direction and the spin component exceeds the orbital component, the spin magnetic moment becomes the total magnetic moment. With light rare earth elements (rare earth elements having less than 7 4f electrons) contributing in the negative direction to Sm, the magnetization is reduced by appropriately substituting Sm, and a compensation phenomenon is developed and controlled. It becomes possible.
【0024】さて、通常の強磁性体における磁区形成の
主たる駆動力は静磁エネルギーであると理解されている
が、これまで述べてきた強磁性Sm物質における補償状
態では磁化がないため磁区構造を形成することによるエ
ネルギーの利得はない。むしろ磁気モーメントの異方性
や強磁性相互作用(交換相互作用)の観点から磁区の境
界領域(磁壁)の形成はエネルギー的に不利であると考
えられる。It is understood that the main driving force for magnetic domain formation in a normal ferromagnetic material is magnetostatic energy. However, in the above-described compensated state in a ferromagnetic Sm material, there is no magnetization, so There is no energy gain from forming. Rather, it is considered that the formation of the boundary region (domain wall) of the magnetic domain is disadvantageous in terms of energy from the viewpoint of the anisotropy of the magnetic moment and the ferromagnetic interaction (exchange interaction).
【0025】加えて、秩序状態にあるSmの磁気モーメ
ントは一般に軌道モーメントに起因する強い異方性を有
しており、固体中で大きく向きを変えるためには物質に
依るある値以上の反磁場ないし外部磁場がその方向にか
けられていなければならず、よって一度巨視的領域にわ
たって揃えられた強磁性Sm物質中の電子スピンの偏極
方向は補償温度においては安定に持続するものと考えら
れる。In addition, the magnetic moment of Sm in an ordered state generally has a strong anisotropy due to an orbital moment. Further, it is considered that the external magnetic field must be applied in that direction, and thus the polarization direction of the electron spin in the ferromagnetic Sm material once aligned over the macroscopic region is stably maintained at the compensation temperature.
【0026】また、磁化がないことから補償状態にあっ
ては外部に漏洩する磁場は事実上0と考えてよい。Further, since there is no magnetization, the magnetic field leaking to the outside in the compensation state can be considered to be practically zero.
【0027】以上より、補償特性を有する強磁性Sm物
質を材料として、これを電子スピンの偏極方向が巨視的
な領域にわたって一方向に揃えられた無磁化状態にて用
いることによって、強磁性体で構成されかつ磁区形成や
磁場の漏洩の問題を伴わない荷電粒子スピン分解用の素
子を提供することが可能となる。As described above, by using a ferromagnetic Sm material having a compensation characteristic as a material and using it in a non-magnetized state in which the polarization directions of electron spins are aligned in one direction over a macroscopic region, It is possible to provide an element for spin decomposition of charged particles, which does not have the problems of magnetic domain formation and magnetic field leakage.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
づき図面を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
【0029】図2は、磁化がSmによって担われている
強磁性化合物の実際の熱磁化曲線より得られたSmあた
りの全磁気モーメントの熱平均値の温度依存性の例であ
る。これらの物質は磁気転移点以下の温度領域において
各Smのスピン磁気モーメントが平行に配列した強磁性
体であるが、図に示すように全磁気モーメントの熱平均
値の温度による変化はフェリ磁性体の磁化の温度依存性
に酷似している。FIG. 2 shows an example of the temperature dependence of the thermal average value of the total magnetic moment per Sm obtained from the actual thermal magnetization curve of a ferromagnetic compound whose magnetization is carried by Sm. These materials are ferromagnetic materials in which the spin magnetic moments of each Sm are arranged in parallel in the temperature range below the magnetic transition point, but as shown in the figure, the change in the thermal average value of the total magnetic moment with temperature is a ferrimagnetic material. Is very similar to the temperature dependence of the magnetization of
【0030】現実の物質に対して得られた値(○印)は
理論計算曲線(実線)によって良く再現され、フェリ磁
性的な温度依存性が逆結合した各Smのスピン磁気モー
メントと軌道磁気モーメントの熱平均値の温度依存性の
差に起因したものであることを確かめることができる。
また、このような理論計算との対比から、例示した化合
物のうちSmZnとSmCdについてはスピン磁気モー
メントによる磁化が軌道磁気モーメントによる磁化より
も大きいことが、またSmAl2についてはその逆であ
ることがそれぞれ結論される。The values (○) obtained for a real substance are well reproduced by a theoretical calculation curve (solid line), and the spin magnetic moment and the orbital magnetic moment of each Sm in which the ferrimagnetic temperature dependence is inversely coupled. It can be confirmed that this is due to the difference in the temperature dependence of the heat average value of
Also, from the comparison with such theoretical calculations, among the exemplified compounds, SmZn and SmCd show that the magnetization due to the spin magnetic moment is larger than the magnetization due to the orbital magnetic moment, and the opposite is true for SmAl 2. Each is concluded.
【0031】図3は、補償特性の制御指針の1つである
Smの一部を他の磁性希土類元素によって置換する方法
を用いて、実際に補償特性の制御を行った結果例であ
る。前述したように、母化合物としてSmAl2のよう
な軌道磁気モーメントによる磁化が優勢である化合物を
選んだ場合には、Smの一部をGdなどの重希土類元素
で置換することによって磁化を減少させ、補償状態を作
り出すことができる。Ndなどの軽希土類元素の置換
は、この場合には逆に磁化を増大させてしまう。SmZ
n,SmCdなどスピン磁気モーメントによる磁化が優
勢な母化合物を選んだ場合には、逆に軽希土類元素の置
換が補償特性の発現に有効である。FIG. 3 shows an example of the result of actually controlling the compensation characteristics by using a method of replacing a part of Sm, which is one of the control guidelines for the compensation characteristics, with another magnetic rare earth element. As described above, when a compound in which the magnetization due to the orbital magnetic moment is predominant such as SmAl 2 is selected as the parent compound, the magnetization is reduced by substituting a part of Sm with a heavy rare earth element such as Gd. , A compensation state can be created. Substitution of a light rare earth element such as Nd, on the contrary, would increase the magnetization in this case. SmZ
When a parent compound such as n or SmCd, in which the magnetization due to the spin magnetic moment is dominant, is selected, the substitution of a light rare earth element is effective for developing the compensation characteristics.
【0032】図4は、補償状態にある強磁性Sm物質を
用いた荷電粒子のスピン分解素子の幾つかの応用例を示
した模式図である。ここでは荷電粒子は全て通常の電子
として記述してある。FIG. 4 is a schematic diagram showing some applications of a spin-decomposing device for charged particles using a ferromagnetic Sm material in a compensated state. Here, all charged particles are described as ordinary electrons.
【0033】(a)はスピン偏極した電子線1をスピン
偏極が一方向に揃えられた補償状態にある強磁性Sm物
質2に衝突させ、検出器3によって計測された電子線4
の散乱・回折強度あるいは標的によって吸収される電流
5のスピン非対称度を以って電子線1のスピン偏極度を
測定する装置の模式図である。(A) shows a state in which a spin-polarized electron beam 1 collides with a ferromagnetic Sm material 2 in a compensated state in which the spin polarization is aligned in one direction, and an electron beam 4 measured by a detector 3.
FIG. 3 is a schematic diagram of an apparatus for measuring the spin polarization of the electron beam 1 based on the scattering / diffraction intensity of the sample or the spin asymmetry of the current 5 absorbed by the target.
【0034】(b)は磁性体試料6の表面を、スピン偏
極が一方向に揃えられた補償状態にある強磁性Sm物質
で構成された探針7によって走査し、試料表面と探針と
の間のトンネル電流あるいは交換力のスピン依存性を利
用して試料表面のスピン構造を観測する装置の模式図で
ある。(B) shows the scanning of the surface of the magnetic sample 6 by the probe 7 made of a ferromagnetic Sm material in a compensated state in which the spin polarization is aligned in one direction. FIG. 3 is a schematic diagram of an apparatus for observing a spin structure on a sample surface by utilizing a spin current dependence of a tunnel current or an exchange force during the period.
【0035】(c)は本体が電子放出材料8によって構
成され、先端が一方向にスピン偏極した補償状態にある
強磁性Sm物質9によって構成されたチップであり、こ
れに例えば電界を作用させスピンが偏極した電子線を取
り出すのに用いる。(C) is a chip whose main body is made of an electron-emitting material 8 and whose tip is made of a ferromagnetic Sm material 9 in a compensated state in which the tip is spin-polarized in one direction. It is used to extract an electron beam whose spin is polarized.
【0036】ここに示したスピン分解装置の作用原理あ
るいはそれに類似のものは文献R.J.Celotta
et al.,PRL 43,728(1979),
H.C.Siegmann et al.,PRL 4
6,452(1981),R.Wiesendange
r et al.,PRL 65,247(199
0),E.Kisker et al.,PRL 3
6,982(1976).などに開示されている。な
お、図4に示したいずれの応用例においても、図中には
示されていない、素子の温度を変化させる機構と素子の
スピン偏極方向を予め揃えておく際に用いる磁場の発生
機構とを有しているものとする。The principle of operation of the spin dissociation device shown here or a similar one is described in reference R.S. J. Celotta
et al. , PRL 43,728 (1979),
H. C. See Siegmann et al. , PRL 4
6, 452 (1981); Wiesendage
r et al. , PRL 65,247 (199
0), E. Kisker et al. , PRL 3
6,982 (1976). And so on. In each of the application examples shown in FIG. 4, a mechanism for changing the temperature of the element and a mechanism for generating a magnetic field used for aligning the spin polarization directions of the element in advance are not shown in the figure. It is assumed that
【0037】[0037]
【発明の効果】以上詳述したように、強磁性Sm物質
は、磁化の温度依存性が既存のフェリ磁性体と同様の多
様性を有していながら、その多様性の発現がスピン磁気
モーメントによる磁化と軌道磁気モーメントによる磁化
という2つの異なる物理量の温度依存性の相違に起因し
ているという点で新規な磁性材であると言える。従っ
て、強磁性Sm物質においては従来必然的に磁化の発生
を伴うと考えられていた巨視的な領域にわたる強磁性的
なスピン配列を無磁化状態にて実現することが可能とな
る。このことは該物質が他の材料では代替不能な素子と
して機能し得ることを示唆しており、技術の進歩、産業
の発展に対する貢献が期待できる。As described above in detail, the ferromagnetic Sm material has the same temperature dependence of magnetization as the existing ferrimagnetic material, but the manifestation of the diversity depends on the spin magnetic moment. It is a novel magnetic material because it is caused by the difference in the temperature dependence of two different physical quantities, magnetization and magnetization by orbital magnetic moment. Therefore, in a ferromagnetic Sm material, it is possible to realize a ferromagnetic spin arrangement over a macroscopic region, which is conventionally considered to necessarily involve the generation of magnetization, in a non-magnetized state. This suggests that the substance can function as an element that cannot be replaced with other materials, and is expected to contribute to technological progress and industrial development.
【0038】そのような応用例の1つであるスピン分解
素子は、従来のものと比較して、例えば円偏光レーザー
の発生装置や漏洩磁場を低減させるための磁気回路の工
夫などが不要であるなど、費用及び設計面での負担が軽
減されることが期待できる。また、前述した方法に従っ
て補償温度を液体窒素温度となるよう制御すれば、スピ
ン分解素子の作動状態における温度制御が不要となり、
このこともさらなる装置の簡素化に有効である。A spin-resolving element, which is one of such applications, does not require, for example, a device for generating a circularly polarized laser or a magnetic circuit for reducing a leakage magnetic field, as compared with the conventional one. It can be expected that the cost and the burden on the design will be reduced. Further, if the compensation temperature is controlled to be the liquid nitrogen temperature according to the method described above, the temperature control in the operating state of the spin decomposition element becomes unnecessary,
This is also effective for further simplification of the device.
【0039】また該素子の機能上の利点として、素子
のスピン偏極方向を発生・検出しようとする荷電粒子の
スピンを擾乱することなく任意に選択することができる
ため、発生・検出の対象となるスピン偏極のベクトル成
分が任意である、Smの4f準位は100%のスピン
偏極度を有しているため、これをスピン偏極荷電粒子の
発生・検出機構に利用することにより効率的な機能が期
待される、などの点を挙げることができる。Another advantage of the device is that the spin polarization direction of the device can be arbitrarily selected without disturbing the spin of the charged particle to be generated and detected. Since the 4f level of Sm, in which the vector component of spin polarization is arbitrary, has a spin polarization of 100%, it is more efficient to use this for the mechanism for generating and detecting spin-polarized charged particles. Are expected.
【図1】磁気転移点以下の温度領域におけるSmの全磁
気モーメントの熱平均値の温度依存性の幾つかの型を模
式的に表した図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating several types of temperature dependence of a thermal average value of a total magnetic moment of Sm in a temperature region below a magnetic transition point.
【図2】強磁性Sm化合物SmZn、SmCd、SmA
l2におけるSmあたりの全磁気モーメントの熱平均値
の温度依存性を示す図である。FIG. 2 shows ferromagnetic Sm compounds SmZn, SmCd, and SmA.
It is a diagram showing a temperature dependence of the thermal average of the total magnetic moment per Sm in l 2.
【図3】強磁性Sm物質SmAl2における補償特性の
制御結果例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a control result of a compensation characteristic of a ferromagnetic Sm material SmAl 2 .
【図4】強磁性Sm物質の(a)電子線スピン偏極度測
定装置、(b)表面スピン構造観測装置、(c)スピン
偏極電子線発生装置、への適用例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an application example of a ferromagnetic Sm material to (a) an electron beam spin polarization measurement device, (b) a surface spin structure observation device, and (c) a spin polarized electron beam generator. .
1 電子線 2 標的(強磁性Sm物質) 3 検出器 4 電子線 5 吸収電流 6 試料 7 探針(強磁性Sm物質) 8 電子放出材 9 電子線発生チップ先端部(強磁性Sm物質) Reference Signs List 1 electron beam 2 target (ferromagnetic Sm substance) 3 detector 4 electron beam 5 absorption current 6 sample 7 probe (ferromagnetic Sm substance) 8 electron emitting material 9 tip of electron beam generating tip (ferromagnetic Sm substance)
Claims (3)
ムによって担われている強磁性体において実現される、
スピンが巨視的な領域にわたって強磁性的配列を保ちか
つ軌道磁気モーメントに起因する磁化がスピン磁気モー
メントに起因する磁化を補償するために磁化が発生しな
い状態。1. a ferromagnet whose magnetization is mainly carried by the samarium constituent of the substance;
A state in which the spin maintains a ferromagnetic arrangement over a macroscopic region and the magnetization due to the orbital magnetic moment does not generate magnetization to compensate for the magnetization due to the spin magnetic moment.
履歴過程とによって任意の温度において実現する方法。2. A method for realizing the condition of claim 1 at an arbitrary temperature by controlling a suitable composition and a heat hysteresis process.
ピン分解素子。3. A spin decomposition device for charged particles utilizing the characteristics of claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9340500A JPH11144927A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Spin orbit compensating characteristic for ferromagnetic samarium material, its control method, and charged particle spin decomposition element utilizing the characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9340500A JPH11144927A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Spin orbit compensating characteristic for ferromagnetic samarium material, its control method, and charged particle spin decomposition element utilizing the characteristics |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11144927A true JPH11144927A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=18337570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP9340500A Pending JPH11144927A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Spin orbit compensating characteristic for ferromagnetic samarium material, its control method, and charged particle spin decomposition element utilizing the characteristics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11144927A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6558481B1 (en) | 1999-09-17 | 2003-05-06 | Hiromichi Adachi | Method of controlling properties of a ferromagnetic samarium substance a ferromagnetic material and a spin resolving device |
JP2010056024A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Nippon Steel Corp | Spin-polarized electron source |
US9076537B2 (en) | 2012-08-26 | 2015-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing a magnetic tunneling junction using spin-orbit interaction based switching and memories utilizing the magnetic tunneling junction |
US9105830B2 (en) | 2012-08-26 | 2015-08-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing dual magnetic tunneling junctions using spin-orbit interaction-based switching and memories utilizing the dual magnetic tunneling junctions |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP9340500A patent/JPH11144927A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6558481B1 (en) | 1999-09-17 | 2003-05-06 | Hiromichi Adachi | Method of controlling properties of a ferromagnetic samarium substance a ferromagnetic material and a spin resolving device |
WO2004075217A1 (en) * | 1999-09-17 | 2004-09-02 | Hiromichi Adachi | Metod for controlling characteristics of ferromagnetic samarium substance, ferromagnetic material, and spin decomposition device |
JP2010056024A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Nippon Steel Corp | Spin-polarized electron source |
US9076537B2 (en) | 2012-08-26 | 2015-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing a magnetic tunneling junction using spin-orbit interaction based switching and memories utilizing the magnetic tunneling junction |
US9105830B2 (en) | 2012-08-26 | 2015-08-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing dual magnetic tunneling junctions using spin-orbit interaction-based switching and memories utilizing the dual magnetic tunneling junctions |
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