化合物半導体表面上擬一次元鎖のスピン偏極電子構造

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本研究課題は、これまで申請者が発見した、化合物半導体基板上の一次元ビスマス原子鎖における巨大ラシュバ分裂バンドについて、金属化を行いスピン伝導に直接寄与させることを可能とし、さらには同系の新奇物性の解明を目指すものである。本年度はIII V 族化合物半導体であるヒ化インジウム上ビスマスの擬一次元構造について、 可変偏光スピン角度分解光電子分光装置(laser-SARPES)および 、第一原理計算による理論計算の組み合わせによって 電子状態の解析を進めた。本物質は表面に2種類の非等価な Bi原子鎖を含む低対称原子構造を有しており、スピン分裂した電子状態の起源を探ることは、低次元系における基礎物理的視点からも大変興味深い。そこで、物質のバンド構造をエネルギー・波数・スピン偏極方向に加えて軌道対称性まで議論可能なlaser-SARPESに加えて、詳細な電子状態の起源まで抽出できる第一原理計算を用いることでその電子状態の詳細な描像を明らかにすることを目指した。その結果、エネルギー・波数に応じて一次元鎖のスピンテクスチャーが三次元空間内で回転することが明らかになった。このようなスピンテクスチャーは単純なRashba型スピン軌道相互作用だけでは全く予想されないものであり、本対象物質において新たに発見した低次元特有の新奇物性である。また、昨年度に達成したスピン偏極擬一次元金属のスピン伝導測定を行うために、スピン偏極表面を大気や他の物質から保護する材料の検討を行った。具体的な材料として有機分子フラーレンを選んだ。フラーレン吸着したBi擬一次元構造について角度分解光電子分光により電子状態を観測した結果、吸着によるバンドの変形は確認されず、フラーレンとの界面にスピン偏極バンドの存在を示唆する結果を得た。