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超高分解能スピン分解光電子分光装置の開発とトポロジカル絶縁体の微細電子構造の研究

超高分辨率自旋分辨光电子能谱仪研制及拓扑绝缘体精细电子结构研究

基本信息

批准号：
14J02396
负责人：
田中祐輔
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度の研究実施状況として大きく分けて「スピン検出器の高効率・高安定化」、「トポロジカル絶縁体薄膜の電子状態の膜厚依存性の観測」の以上2点が挙げられる。以降ではこの2点について概要を示す。1年目には、高分解能スピン分解光電子分光装置の開発を行い、スピン分解時のエネルギー分解能として5 meVの高分解能化を達成したがVLEED型スピン分析器の強磁性薄膜ターゲットの作製および磁化反転機構の改良により、高効率・高安定で動作するスピン分解測定が可能となった。MgO上の鉄薄膜の作製条件を調整することで高品質なターゲットが得られた。排気系の強化及び重点的なベーキングによりVLEED測定槽の高真空化を達成した。走査毎に強磁性薄膜ターゲットの磁化反転を可能とするシステムを構築した。標準試料としてビスマス薄膜を用いてスピン分解ARPES測定を行い、有効シャーマン関数として0.14の、高効率かつ高安定で動作するスピン検出器を実現した。建設した装置を用いてトポロジカル絶縁体Bi2Se3薄膜の電子状態の層数依存性について系統的に測定して、トポロジカル相転移や次元性の変化に伴う電子状態を観測した。量子井戸構造の準位が膜厚によって変動することで二次元のトポロジカル絶縁体-通常の絶縁体間の相転移が理論的に予測されているため、層数を制御させて作製した薄膜のARPES測定を行った。その結果、相転移に伴う変化を示唆する価電子帯の電子状態の変化を観測した。さらに厚い層数では二次元-三次元のクロスオーバーを示唆するディラック錐同士の混成-非混成の変化を観測した。

Last year's research implementation status is mainly divided into "high efficiency and high stability of semiconductor detectors" and "measurement of film thickness dependence of electronic state of semiconductor thin films". The two points are shown below. In the first year, high resolution energy, high resolution energy and high resolution energy of 5 meV were achieved in the development and operation of the photoelectron spectrometer. The operation of the ferromagnetic thin film of the VLEED type spectrometer was improved, and the high resolution and high stability operation were achieved. By adjusting the manufacturing conditions of the iron thin film on MgO, high-quality nanocomposites can be obtained. The enhancement of exhaust system and the key points of VLEED measurement cell are achieved. To investigate the structure of ferromagnetic thin films Standard sample and sample film are used to analyze ARPES measurement. The number of samples is 0.14. The performance is high. The stability is high. The ARPES detector is implemented. The measurement of electronic state of Bi2Se3 thin films based on the number of layers and the phase shift and the change of electronic state of Bi2Se3 thin films The quantum well structure has a two-dimensional structure, and the phase shift between the dielectric and the dielectric is theoretically predicted, and the number of layers is controlled. The result is that the phase shift is accompanied by a change in the electronic state of the electron spectrum. The number of layers in the thick layer is two-dimensional and three-dimensional.