二次元ファンデルワールス原子層薄膜における室温強磁性の起源解明

阐明二维范德华原子层薄膜中室温铁磁性的起源

• 批准号: 19J00858
• 负责人: 角田 一樹
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J00858/
• 关键词: 原子層物質; 二次元物質; 角度分解光電子分光; 磁性; 分子線エピタキシー

本研究では、室温強磁性が報告されている単層VSe2を高配向性熱分解グラファイト（HOPG）基板上に作成し、その電子構造の観測を通して強磁性発現機構の解明を行うことを目的とした。まず、高品質HOPG基板の清浄化方法を確立させた。HOPG基板は、スコッチテープによる劈開法と超高真空下での長時間アニールを組み合わせることによって清浄化を行った。基板温度を250℃に保ちながらVとSeを共蒸着することで、単層VSe2の作成に成功した。角度分解光電子分光によって観測された単層VSe2/HOPGの電子構造は先行研究の結果と良い一致を示した。しかしながら、強磁性秩序を特徴付ける交換分裂は観測されず、室温で非磁性体であることを示唆する結果が得られた。また、単層から複数層のVSe2を作成することにも成功し、電子構造の膜厚依存性を系統的に測定した。さらに、基板温度を400℃以上に保ちながらV, Se共蒸着を行ったところ、250℃のときとは異なる電子構造が観測された。反射高速電子線回折および低速電子線回折によって詳細な構造解析を行ったところ、高温で成膜した場合、VSe2ではなくV5Se8が形成されていることが明らかとなった。また、低温で成長させた複数層のVSe2を400℃程度でアニールを行うことでもV5Se8が形成されることが分かった。V5Se8はバルクでは反強磁性体であることが知られているが、原子層薄膜における電子構造に関する研究はほぼ皆無であり、今回初めて明らかとなった。今後、第一原理計算と磁気円二色性分光を単層のVSe2とV5Se8について行うことで、より詳細な電子・磁気構造に関する知見を得る予定である。

This study aims to investigate the electronic structure of a single-layer VSe2-based ferromagnetic material on a HOPG substrate. The cleaning method of high quality HOPG substrate was established. HOPG substrates are processed by cleavage method and ultra-high vacuum for a long time. The temperature of the substrate is maintained at 250℃, and the VSe2 layer is successfully prepared. The electronic structure of the single-layer VSe2/HOPG is consistent with the results of the previous study. The results of the measurement of the ferromagnetic order are as follows: VSe2 of single layer and multiple layers were successfully prepared, and the dependence of electronic structure on film thickness was systematically measured. The temperature of the substrate is above 400℃, and the electronic structure is measured at 250℃. Reflecting high-speed electron line folding and low-speed electron line folding, detailed structure analysis, high temperature film formation, VSe2, V5Se8, formation, etc. The temperature is low, and the VSe2 layer is formed at 400℃. V5Se8 antiferromagnetic material, atomic layer thin film, electronic structure, research is not available, this time back to the beginning In the future, first-principle calculations and magnetic dichroic spectroscopic layers of VSe2 and V5Se8 will be carried out in detail, and detailed electronic and magnetic structure knowledge will be obtained.

项目成果

Magnetic-impurity-induced modifications to ultrafast carrier dynamics in the ferromagnetic topological insulators Sb2-xVxTe3

• DOI: 10.1088/1367-2630/ab3ac6
• 发表时间: 2019-09-04
• 期刊: NEW JOURNAL OF PHYSICS
• 影响因子: 3.3
• 作者: Sumida, K.;Kakoki, M.;Kimura, A.
• 通讯作者: Kimura, A.

Inverted Dirac-electron population in topological insulators (Sb,Bi)2Te3

拓扑绝缘体 (Sb,Bi)2Te3 中的倒置狄拉克电子布居

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Sumida;Y. Ishida;T. Yoshikawa;J. Chen;M. Nurmamat;K. A. Kokh;O. E. Tereshchenko;S. Shin;and A. Kimura
• 通讯作者: and A. Kimura

Disentangling orbital and spin textures of surface-derived states in non-symmorphic semimetal HfSiS

• DOI: 10.1103/physrevb.100.205140
• 发表时间: 2019-11
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Xiaoxiao Wang;Jiahua Chen;Mingtian Zheng;T. Menshchikova;I. P. Rusinov;E. Schwier;F. Orbanić;Shilong Wu;K. Sumida;T. Yoshikawa;K. Miyamoto;M. Nurmamat;T. Okuda;K. Shimada;M. Novak;E. Chulkov;A. Kimura

Spectroscopic evidence of quasi-one-dimensional metallic Rashba spin split bands on Si(111)5x2-Au surface

Si(111)5x2-Au 表面准一维金属 Rashba 自旋分裂带的光谱证据

• DOI: 10.1103/physrevb.101.045430
• 发表时间: 2020
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kazuaki Taguchi;Kazuki Sumida;Yuki Okuda;Koji Miyamoto;Akio Kimura;Tamio Oguchi;Taichi Okuda
• 通讯作者: Taichi Okuda

Bidirectional surface photovoltage on a topological insulator

• DOI: 10.1103/physrevb.100.165311
• 发表时间: 2019-10
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: T. Yoshikawa;K. Sumida;Y. Ishida;Jiahua Chen;M. Nurmamat;K. Akiba;A. Miyake;M. Tokunaga;K. Kokh;O. Tereshchenko;Shik Shin;A. Kimura