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

使用操作（施加外场）自旋角分辨光电子能谱研究拓扑相变

• 批准号: 20H00347
• 负责人: 奥田 太一
• 金额: $ 29.37万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00347/
• 关键词: トポロジカル相転移; オペランド分光; スピン分解光電子分光; キラリティ誘起スピン選択効果; スピントロニクス; スピン・角度分解光電子分光; 外場印加下光電子分光; マイクロビーム; カイラル誘起スピン選択効果; 放射光; オペランド; トポロジカル物質; 放射光微小ビーム

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。

ト ポ ロ ジ カ ル never try body に representative さ れ る ト ポ ロ ジ カ ル material の outfield (temperature, pressure, electric field な ど) に よ る ト ポ ロ ジ カ planning ル phase shift に は theory to measure さ れ て い る が, be the 験 な card be は ま だ ほ と ん ど line わ れ て い な い. This study で は, ト ポ ロ ジ カ ル matter の electronic states (バ ン ド dispersed, ス ピ ン partial pole) を 観 directly measuring で き る ス ピ ン Angle decomposition, photoelectron spectroscopic を outfield を Inca し な が ら い, ト ポ ロ ジ カ planning ル phase shift の physical を interpret す る こ と を purpose と し て い る. ス ピ ン Angle decomposition, photoelectron spectrometry determination of は sharper rate が 悪 い と い う problem が あ る た め, others 々 な conditions で の electronic state を sharper rate よ く 観 measuring す る た め の time が necessary と な る. そ こ で, this study で は sample に temperature hook hook hook, pressure distribution and electric field distribution な ど を raw じ さ せ, determination of に い る wound up light (light radiation, レ ー ザ ー) を tiny stranded に り, sample の position を variations change さ せ て determination す る こ と で sharper rate よ く outfield の variations change に よ る electronic state の variations change を 観 measuring す る こ と を project し た. Tiny ビ ー ム の be presently の た め, ま ず, ス ピ ン Angle decomposition, photoelectron spectroscopic device の set さ れ て い る ray ビ ー ム ラ イ ン に キ ャ ピ ラ リ ー type の back planning 楕 has drifted back towards ¥ ミ ラ ー を import し た. Now point で は cross 400 mu m x 縦 degree of 100 microns に ビ ー ム が bound ら れ て い る こ と を confirm で き た. た だ し, こ の ビ ー ム サ イ ズ は の original designated よ り transverse direction が big き い た め, parallel し て レ ー ザ ー を with い た ス ピ ン decomposition photoelectron spectroscopic be 験 device に concentrated レ ン ズ を import し, こ ち ら で も ビ ー ム の を line い miniaturization, 5 ミ ク ロ ン サ イ ズ の tiny ビ ー ム を be presently し た. ま た, マ イ ク ロ ビ ー ム の sample on で の irradiation position を suppression す る た め に ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ー suppression style の precision の XYZ ス テ ー ジ を import し, royal プ ロ グ ラ ム も servicing し た. Electric 圧 を Inca し た り, current flow を し な が ら の determination of electronic states (オ ペ ラ ン ド determination) に to け て, more terminal electrode を つ special sample ホ ル ダ ー を し, consummate そ れ ら の に electric 圧 を Inca で き る others に マ ニ ピ ュ レ ー タ の transformation line を っ た. ま た pressure with the Inca の try expected ホ ル ダ ー も make し, pressure under the Inca で の ス ピ ン Angle decomposition, photoelectron spectroscopic determination of の planning を い, phase shift phenomenon の visualization を refers し て い る.

项目成果

Domain Dependent Fermi Arcs Observed in a Striped Phase Dichalcogenide

• DOI: 10.1002/qute.202200029
• 发表时间: 2021-12
• 期刊: Advanced Quantum Technologies
• 影响因子: 4.4
• 作者: T. Mizokawa;A. Barinov;V. Kandyba;A. Giampietri;Ryoya Matsumoto;Y. Okamoto;K. Takubo;K. Miyamoto;T. Okuda;S. Pyon;H. Ishii;K. Kudo;M. Nohara;N. Saini

Distinct Tamm and Shockley surface states on Re(0001) mixed by spin-orbit interaction

Re(0001) 上通过自旋轨道相互作用混合的不同塔姆和肖克利表面态

• DOI: 10.1103/physrevb.105.l241412
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Marcel Holtmann;Peter Krüger;Koji Miyamoto;Taichi Okuda;Pascal J. Grenz;Shiv Kumar;Kenya Shimada;and Markus Donath
• 通讯作者: and Markus Donath

Spiral electronic structure of chiral crystal NbSi2

手性晶体NbSi2的螺旋电子结构

• 发表时间: 2023
• 作者: C. Zhang;K. Miyamoto;T. Shishidou;R. Amano;T. Sayo;C. Shimada; Y. Kousaka;M. Weinert;Y. Togawa;and T. Okuda
• 通讯作者: and T. Okuda

角度分解光電子分光によるカイラル結晶のヘリシティの可視化

通过角分辨光电子能谱可视化手性晶体中的螺旋度

• 发表时间: 2023
• 作者: ZHANG Cheng ,天野凌我;宮本幸治;獅子堂達也;佐用大晴; 島田千穂;高阪勇輔;WEINERT T. Michael ;戸川欣彦;奥田太一
• 通讯作者: 奥田太一

Surface electronic structure of Re(0001): A spin-resolved photoemission study

Re(0001) 的表面电子结构：自旋分辨光电发射研究

• DOI: 10.1103/physrevb.107.165420
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Marcel Holtmann;Peter Kruger;Koji Miyamoto;Taichi Okuda;Kenya Shimada;and Markus Donath
• 通讯作者: and Markus Donath