オペランド（外場印加）スピン角度分解光電子分光によるトポロジカル相転移の研究

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トポロジカル絶縁体に代表されるトポロジカル物質の外場（温度、圧力、電場など）によるトポロジカル相転移は理論的に予測されているが、実験的な実証はまだほとんど行われていない。本研究では、トポロジカル物質の電子状態（バンド分散、スピン偏極）を直接観測できるスピン・角度分解光電子分光を外場を印加しながら行い、トポロジカル相転移の物理を解明することを目的としている。スピン・角度分解光電子分光法は測定効率が悪いという問題があるため、様々な条件下での電子状態を効率よく観測するための工夫が必要となる。そこで、本研究では試料に温度勾配、圧力勾配、電場勾配などを生じさせ、測定に用いる励起光（放射光、レーザー）を微小に絞り、試料上の位置を変化させて測定することで効率よく外場の変化による電子状態の変化を観測することを計画した。微小ビームの実現のため、まず、スピン・角度分解光電子分光装置の設置されている放射光ビームラインにキャピラリー型の回転楕円ミラーを導入した。現時点では横400μm×縦100μm程度にビームが縛られていることを確認できた。ただし、このビームサイズは当初の予定より横方向が大きいため、並行してレーザーを用いたスピン分解光電子分光実験装置に集光レンズを導入し、こちらでもビームの微小化を行い、５ミクロンサイズの微小ビームを実現した。また、マイクロビームの試料上での照射位置を制御するためにステッピングモーター制御式の高精度のXYZステージを導入し、制御プログラムも整備した。電圧を印加したり、電流を流しながらの電子状態測定（オペランド測定）に向けて、多端子電極を持つ特殊試料ホルダーを作成し、それらの電極に電圧を印加できる様にマニピュレータの改造を行った。また圧力印加用の試料ホルダーも作成し、圧力印加下でのスピン・角度分解光電子分光の測定を行い、相転移現象の可視化を目指している。