遷移金属ダイカルコゲナイド原子層薄膜のスピン・角度分解光電子分光

过渡金属二硫属化物原子层薄膜的自旋和角分辨光电子能谱

• 批准号: 22KJ0270
• 负责人: 川上 竜平
• 金额: $ 1.09万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0270/
• 关键词: 角度分解光電子分光法; 遷移金属ダイカルコゲナイド; トポタクティック法; 分子線エピタキシー法; 原子層物質

本研究は、第V族遷移金属原子(M=V, Nb, Ta)および硫黄原子(S)を基軸とした原子層遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)の電子状態を角度分解光電子分光法(ARPES)による決定することを目的として、分子線エピタキシー(MBE)-トポタクティック装置による高品質な原子層MS2薄膜を作製する。本年度は、MBE-トポタクティック装置の開発と原子層VSxTe2-x(0≦x≦2)および原子層NbS2薄膜の作製および物性評価を行なった。MBE-トポタクティック装置の開発では、トポタクティック反応を促進するための通電加熱装置の設計および導入を行い、またアルゴンガスやS分子熱乖離によるS置換量制御のため環境構築を行なった。さらに、ARPES装置に直接連結することで、薄膜作製と電子構造評価を同時に行えるようにした。本装置を用いて、下記に示す研究成果を得た。MBE-トポタクティックを用いて、グラフェン/SiC基板上に原子層VS2薄膜を作製し、ARPESにより明瞭なバンド分散の観測に成功した。また、ARPESにより電荷密度波(CDW)に由来したエネルギーギャップの波数依存性の観測に成功した。さらに、原子層VS2の CDW相が室温まで安定化していることを明らかにした。トポタクティック反応時における基板温度およびS蒸着レートをコントロールすることで、原子層VSxTe2-x(0≦x≦2)のS原子とTe原子の組成制御を行なった結果、原子層VTe2と原子層VS2が相分離することを明らかにした。MBE-トポタクティック法を用いて、グラフェン/SiC基板上に作製した原子層NbTe2薄膜のTe原子をS原子に置換することで原子層NbS2薄膜を作製し、ARPESによる三角プリズム型構造に由来した金属的な電子状態の観測に成功した。

In this paper, we study the preparation of high quality atomic layer MS2 thin films for the determination of electronic states of group V migrating metal atoms (M=V, Nb, Ta) and sulfur atoms (S) by angle resolution photoelectron spectroscopy (ARPES). This year, MBE-100 devices were developed with atomic layer VSxTe2-x(0 $> x $> 2) and atomic layer NbS2 thin film fabrication and property evaluation. The development of MBE-1000 devices can be promoted by introducing and controlling S molecular thermal behavior. The ARPES device is directly linked to the film, and the electronic structure is evaluated simultaneously. The device is used to record the results of the study. MBE-1000/1000 atomic layer VS2 thin film on SiC substrate was successfully fabricated and ARPES was successfully tested. ARPES is a charge density wave (CDW) and its origin and wavenumber dependence are successfully measured. The CDW phase of atomic layer VS2 is stable at room temperature. The composition control of S atoms and Te atoms in atomic layer VSxTe2-x(0 ≤ x ≤ 2) results in phase separation between atomic layer VSxTe2 and atomic layer VS2. MBE-2000 method was used to fabricate atomic layer NbTe2 thin films on SiC substrates and to measure the electronic state of the metal with ARPES triangular structure.

项目成果

Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES

• DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04048
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: Nano Letters
• 影响因子: 10.8
• 作者: K. Sugawara;H. Kusaka;Tappei Kawakami;Koki Yanagizawa;A. Honma;S. Souma;K. Nakayama;M. Miyakawa;T. Taniguchi;M. Kitamura;K. Horiba;H. Kumigashira;Takashi Takahashi;S. Orimo;M. Toyoda;Susumu Saito;T. Kondo;Takafumi Sato

High-resolution micro-ARPES studies of monolayer VS2 grown on bilayer graphene

双层石墨烯上生长的单层 VS2 的高分辨率微 ARPES 研究

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kawakami;K. Sugawara. Oka;K. Nakayama;K. Yaegashi;S. Souma;T. Takahashi T. Fukumura and Takafumi Sato
• 通讯作者: T. Takahashi T. Fukumura and Takafumi Sato

Three-dimensional energy gap and origin of charge-density wave in kagome superconductor KV3Sb5

Kagome超导体KV3Sb5的三维能隙和电荷密度波起源

• DOI: 10.1038/s43246-022-00255-1
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Communications Materials
• 影响因子: 7.8
• 作者: Takemi Kato;Yongkai Li;Tappei Kawakami;Min Liu;Kosuke Nakayama;Zhiwei Wang;Ayumi Moriya;Kiyohisa Tanaka;Takashi Takahashi;Yugui Yao;Takafumi Sato
• 通讯作者: Takafumi Sato

原子層VSxTe2-xの電子状態：高分解能ARPES

原子层电子态 VSxTe2-x：高分辨率 ARPES

• 发表时间: 2023
• 作者: M. Kitamura;S. Souma;A. Honma;D. Wakabayashi;H. Tanaka;A. Toyoshima;K. Amemiya;T. Kawakami;K. Sugawara;K. Nakayama;K. Yoshimatsu;H. Kumigashira;T. Sato;K. Horiba;川上竜平
• 通讯作者: 川上竜平

Electronic structure of monolayer VS2 thin film studied by ARPES

ARPES研究单层VS2薄膜的电子结构

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kawakami;H. Oka;K. Yaegashi;K. Nakayama;K. Sugawara;T. Kato;Y. Saruta;S. Souma;M. Kitamura;K. Horiba;H. Kumigashira;T. Takahashi;T. Fukumura;T. Sato
• 通讯作者: T. Sato