Ni-Mn合金の磁気EXAFS解析Ⅱ

Ni-Mn合金の磁気EXAFS解析Ⅱ
小笠原智博A*、宮永崇史A、岡崎禎子A、
匂坂康男A、永松伸一B、藤川高志B
弘前大学理工学部A 千葉大大学院自然B
緒言
・・一原子あたりの磁気モーメントの大きいMn合金はMn原子
Ni3Mn合金は熱処理で規則化しMn原子の位置が変化す
ため磁性に大きな影響を受ける。
の局所構造と密接な関係があり大変興味深い。
・中性子回折法では、すでにNixMn1-x(x=0.75,0.8～0.95)にお
ける磁気モーメント分布は調べられているが、長距離秩序を
基本としているので、Mn原子の磁気モーメントの変化が、
磁気モーメントを保持しながら、強磁性または反強磁性結合
電子状態の変化により局所磁気モーメントが変化している
区別することができない。
・そこで、3d遷移金属合金の構造と磁性の研究として、Ni3Mn
合金を磁気EXAFS法を用いて解析し、理論計算との比較から
磁気構造を調べた。
Ni3Mn合金

Ni3Mn近傍合金はX線回折やEXAFS解析の結果から、格子
定数が3.59Åの面心立方格子を形成する。

熱処理によりCu3Auタイプ規則状態へと相転移し、このとき
磁性は常磁性から強磁性へと変化する。
規則状態
不規則状態
熱処理
3.59Å
693K
Mn
Ni
常磁性
強磁性
f.c.c.
磁気EXAFS測定用試料
作成した合金を研磨し、厚さ～20μmのホイル状とした
ものを、Arガス雰囲気中693Kで熱処理する。
試料名Ni3Mn
格子構造 f.c.c.
熱処理時間規則度
(S)
(hr)
0.44
50
0.54
100
0.78
500
飽和磁化
(emu/g)
50.0
56.4
85.9
EXAFS法
X線
吸収原子
散乱原子
吸収スペクトルを解析することによって原子間距離や
配位数などの局所構造が分かる
X線吸収スペクトル
吸収係数
2
吸収端
1
μ0：エッジジャンプ
0
-1
6400
6600
6800
E(eV)
7000
EXAFSの振動構造を表す
7200
kχ（k）
kχ（ｋ）
0.5
0
-0.5
0
5
-1
k（Å ）
10
15
さらに、kχ(k)スペクトルをフーリエ変換すると
第一近接原子
|FT|/arb.unit
1
第三第四
0.5
第二
0
0
2
4
6
r/Å
8
10
Ni3Mn規則状態。
青がMn,赤がNiに対応。
原子間距離や配位数などの局所構造が分かる。
Magnetic EXAFS法
円偏光変調法
スピン偏極光電子
円偏光X線
吸収原子
散乱原子
外部磁場
磁気モーメントに比例したスペクトルが得られ、スピ
ン分極などの局所的な磁気情報を得る。
実験と解析
•SPring-8 BL39-XU
分光結晶面 Si(111)面
試料を面内磁化方向に設置
透過法を用いてMn-K(6500keV)
吸収端を測定
•解析
XANADUプログラム
中心原子 Mn原子
スムージング
吸収・散乱原子位相補正
後方散乱能補正
k範囲
10回
なし
k1
2~10.8Å-1
測定時のイメージ図
実験の解析結果
•磁気 EXAFS
•EXAFS
(×10-3)
Spectum of kχ(k)
50hr
100hr
500hr
kχ(k)/Å-1
kχ(k)/Å-1
1
0
Magnetic Spectrum of kχ(k)
50hr
100hr
500hr
0.5
0
-1
2
4
6
k/Å-1
8
10
2
(×10-3)
Fourier Transform of EXAFS
|FT|(r)|/arb.unit
|FT(r)|/arb.unit
50hr
100hr
500hr
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
r/Å
6
8
3
4
5
k/Å-1
6
7
8
Fourier Transform of Magnetic EXAFS
50hr
100hr
500hr
0.3
0.2
0.1
0
0
2
4
r/Å
6
8
磁気EXAFS理論計算

磁気EXAFSの計算プログラム（千葉大学理学
部藤川研究室開発）
スピン偏極した電子状態
原子配置
を与えることにより磁気EXAFSの計算を行う。
多重散乱効果とデバイワラー因子は無視した。
理論と実験の比較

•磁気 EXAFS
EXAFS
Magnetic Spectrum of kχ(k)
Exp.500hr
Cal.(×0.7)
kχ(k)/Å-1
1
0
-1
2
4
1st (Ni)
|FT(r)|/arb.unit
0.6
2nd
(Mn)
k/Å
Fourier Transform of Magnetic EXAFS
Exp.500hr
Cal.(×0.7)
3rd (Ni)
4th (Mn)
2
4
r/Å
6
8
Exp.500hr(×103)
Cal.(×4.2×102)
4th
1st
0.4
0.2
0
0
1
6
8
k/Å-1
Fourier Transform of EXAFS
0.4
Exp.500hr(×103)
Cal.(×4.2×102)
青Mn、赤Niに、数字は中心原子
0
から見た配位順に対応
2
4
6
8
10
10Ni3Mn規則状態図
-1
|FT(r)|/arb.unit
kχ(k)/Å-1
Spectrum of kχ(k)
2nd
0.3
3rd
0.2
0.1
0
0
2
4
r/Å
6
8
磁気EXAFS理論シミュレーション
1
(×10-3) (Mn=5, Ni=1)
(×10 ) (Mn=4, Ni=1)
-3
(×10-3) (Mn=3, Ni=1)
(×10 ) (Mn=2, Ni=1)
(×10-3) (Mn=1, Ni=1)
-3
(×10 ) (Mn=0, Ni=1)
1
|FT|/arb.unit
1.5
|FT|/arb.unit
-3
(×10-3
) (Mn=5, Ni=2)
-3
(×10 ) (Mn=5, Ni=1)
(×10-3) (Mn=5, Ni=0)
0.5
0.5
0
0
2
4
r/Å
6
I1st  A BMn  B BNi
I 2 nd  C BMn  D BMn  E BMn
8
0
0
2
4
r/Å
6
I 2 nd E BMn

Mn
Ni
A


B

I1st
B
B
8
磁気EXAFS|FT|のピーク強度比
2nd/1st
MnとNiの磁気モーメント比
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
電子状態で与えた磁気モーメント比 Mn/Ni
熱処理時間
(hr)
実験のピーク強度比
(2nd/1st)
磁気モーメント比
(Mn/Ni)
50h
0.30
1.97
100h
0.33
2.45
500h
0.40
3.82
磁化と磁気モーメント比の関係
磁気モーメント比　Mn/Ni
4
3.5
500hr
3
2.5
100hr
2
50hr
1.5
45
55
65
75
85
95
磁化　emu/g
熱処理時間の増加による、磁化の増加に伴って
磁気モーメント比も増加する。
まとめ
熱処理時間の増加
規則化によって磁化の増加
磁気モーメント比(Mn/Ni)の増加
Mn原子の磁気モーメントが増加
Ni原子の磁気モーメントが減少
磁気モーメントを保持しながら、強磁性または反強磁性結合
disorder相での理論計算を行い、交換相互作用による
各ピークの影響を調べる。
電子状態の変化により局所磁気モーメントが変化している

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