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時間・スピン分解光電子分光によるディラック電子系のスピンダイナミクスの研究

使用时间和自旋分辨光电子能谱研究狄拉克电子系统中的自旋动力学

基本信息

批准号：
16J03874
负责人：
角田一樹
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

トポロジカル絶縁体やグラフェンに代表されるディラック電子系は、波数空間上で円錐型バンド分散を形成し、多彩な物性を示すことで知られる。本研究では主に、トポロジカル絶縁体表面に現れるスピン偏極ディラック電子に着目し、スピン分解および時間分解光電子分光によってそのスピン偏極電子状態と超高速キャリアダイナミクスを観測した。本年度は、昨年度に引き続き、p型トポロジカル絶縁体(Sb0.73Bi0.27)2Te3について時間分解光電子分光を行い、超高速キャリアダイナミクスの温度依存性を詳細に追跡した。その結果、ディラック点の上下で過渡的な反転分布が形成されていることを実験的に見出した。また、この反転分布は室温で10ピコ秒以上持続することが明らかとなり、今後、トポロジカル絶縁体(Sb,Bi)2Te3を用いた有限温度での広帯域レーザー発振の実現が期待される（Physical Review B誌に掲載）。また、本研究で開発を進めた10ミクロン以下の空間分解能を持つスピン分解光電子分光装置を用いて鉛系トポロジカル絶縁体PbBi4Te4S3の顕微分光を行い、表面終端構造に依存した2種類のスピン偏極表面状態の分離観測に成功した。観測された表面状態の一つは酸素暴露の影響をほとんど受けず、最表面に保護された純スピン流の創生が期待される（Physical Review Materials誌に掲載）。更に、トポロジカル絶縁体に磁性不純物を加えた希薄磁性トポロジカル絶縁体(Sb1-xVx)2Te3について、磁気円二色性分光、走査トンネル顕微鏡・分光、時間分解光電子分光を行い、磁性不純物が与える影響を磁性・構造・電子状態・キャリアダイナミクスの観点から明らかにした。その結果、Vが作る不純物状態がバンド間散乱を誘起し、励起電子の緩和時間が大幅に短くなることが明らかとなった（論文査読中）。

The electronic system is represented by the number of particles in the wave space, and the dispersion of particles in the wave number space is represented by the color properties. In this study, the polarization electron state of the main body surface is measured by the polarization electron decomposition and the time decomposition photoelectron spectroscopy. This year and last year, the temperature dependence of the p-type Polokhale dielectric (Sb0.73Bi0.27) 2Te3 time-resolved photoelectron spectroscopy and ultra-high-speed rapid thermal conductivity has been tracked in detail. As a result, the inverse distribution of the transition between the upper and lower points is formed. In the future, it is expected that the temperature distribution of (Sb,Bi) 2Te 3 will be used in the finite temperature range for the generation of vibration in the frequency domain (Physical Review B). In this study, we have developed a new method for measuring the spatial resolution energy of PbBi4Te4S3 in photoelectron spectroscopic devices, and successfully measured the polarization surface state of PbBi4Te4S3 depending on the surface terminal structure. The effects of acid exposure on surface conditions were measured and the generation of pure acid flow was expected (Physical Review Materials). In addition, the magnetic impurities in the dielectric material are added to the thin magnetic impurity (Sb1-xVx) 2Te3, and the magnetic dichroic spectroscopy, investigation, micro-mirror spectroscopy, time-resolved photoelectron spectroscopy, magnetic impurities and their influence on the magnetic properties, structure, electronic state, and the optical properties of the dielectric material are investigated. As a result, the impurity state of V is greatly reduced, and the relaxation time of excited electrons is greatly shortened (in the paper).