角度分解光電子分光による極性半導体のスピン軌道相互作用の研究

使用角分辨光电子能谱研究极性半导体中的自旋轨道相互作用

• 批准号: 13J09046
• 负责人: 坂野 昌人
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J09046/
• 关键词: 角度分解光電子分光; トポロジカルバンド構造; 空間反転対称性の破れ; スピン軌道相互作用; スピントロニクス

本年度は、主に下記の3テーマについて、角度分解光電子分光法（ARPES）を用いた強いスピン軌道相互作用と空間反転対称性の破れが創るスピン分裂バンド構造の直接観測と、第一原理バンド計算を基にした微視的機構の解明を目指して、研究を行った。1.レーザーARPES装置の改良と汎用化　望遠レンズ付きの高感度カメラを用いて2方向から測定試料をリアルタイム観測することによって、~0.1mm程度の試料でも、高精度にフェルミ面の測定を行うことが可能となった。装置性能の評価を行った結果、角度分解能< 0.2度、 偏光度>99%、および測定試料上のレーザーのスポット径~0.1mmを達成した。2.極性半金属MoTe2におけるトポロジカルバンド構造の研究　MoTe2は低温相において、スピン偏極したアーク状のトポロジカル端状態が存在することが示唆されている。本研究では、自ら開発を進めてきたレーザーARPES装置を用いて、極性を有する結晶構造の表と裏において、異なるトポロジカル端状態が形成されていることを明らかにした。3.PdBi2における超伝導状態の研究　東大物性研辛研究室と共同研究を行い、低温(~1K)まで到達可能なレーザーARPES装置を用いて、バルクとトポロジカル表面バンドの超伝導状態の電子状態を精査した。転移温度以下において、トポロジカル表面バンド構造においても、フェルミ準位の状態密度が減少し、超伝導ギャップが開く様子が観測された。本研究課題を通して、当初想定していた極性半導体という範疇を大きく超えて、超伝導体を含む多様な物質において普遍的に存在するスピン軌道相互作用の役割やトポロジカルな性質を明らかにすることに成功した。さらに、所属研究室において1meVを切る高分解能測定が可能なレーザーARPES装置を定常運転化に至らせ、様々な物質の電子構造の高精度・短時間測定を可能にさせた。

今年，我们主要针对以下三个主题进行了研究，目的是直接观察由强旋轨相互作用和使用角度分辨的光电学光谱（ARPES）破坏空间反演对称性产生的旋转分解带状结构，并阐明基于第一原料的微观机制。 1。通过使用带有远摄镜头的高灵敏度摄像机从两个方向对测得的样品进行实时观察，对激光ARPES设备的改进和概括，即使对于〜0.1mm的样品，也有可能以高精度测量费米表面。通过评估设备性能，<0.2度的角度分辨率，偏振度为99％以及测得的样品上激光的斑点直径约为0.1 mm。 2。对极性半金属MOTE2中拓扑带结构的研究，有人提出MOTE2在低温相中具有旋转偏振的弧形拓扑边缘状态。在这项研究中，我们透露，使用我们开发的激光ARPES设备在极性晶体结构的前后形成了不同的拓扑边缘状态。 3。对PDBI2超导状态的研究与东京大学的物理性质研究实验室合作，我们使用可以达到低温（〜1K）的激光ARPES设备仔细检查了散装和拓扑表面带的超导态电子状态。据观察，在过渡温度以下的拓扑表面结构中，费米水平的状态的密度也降低，并且超导间隙开了。通过这个研究主题，我们成功地发现了自旋轨道相互作用的作用和拓扑特性，这些相互作用普遍存在各种材料中，包括超导体，远远超出了最初预期的极性半导体类别。此外，在我们的实验室中，已经对稳态操作进行了高分辨率测量的激光ARPES设备，可以进行稳态操作，从而可以对各种材料的电子结构进行高精度的短期测量。

项目成果

空間反転対称性の破れた遷移金属カルコゲナイドにおけるスピン分裂バンド構造

空间反演对称性破缺的过渡金属硫属化物中的自旋分裂能带结构

• 发表时间: 2014
• 作者: Y. Mukai;H. Hirori;and K. Tanaka;宮本幸治;坂野昌人，鈴木龍二，張奕勁，明石遼介，矢治光一郎，原沢あゆみ，黒田健太，宮本幸治，奥田太一，石坂香子，有田亮太郎，岩佐義宏
• 通讯作者: 坂野昌人，鈴木龍二，張奕勁，明石遼介，矢治光一郎，原沢あゆみ，黒田健太，宮本幸治，奥田太一，石坂香子，有田亮太郎，岩佐義宏

Observation of topologically protected surface states in a Bi-Pd superconductor

Bi-Pd 超导体中拓扑保护表面态的观察

• 发表时间: 2015
• 作者: M. Sakano;K. Okawa;M. Kanou;H. Sanjo;T. Okuda;T. Sasagawa and K. Ishizaka
• 通讯作者: T. Sasagawa and K. Ishizaka

Observation of out-of-plane spin-polarization in noncentrosymmetric transition metal dichalcoeenide

非中心对称过渡金属二硫代碳化物面外自旋极化的观察

• 发表时间: 2014
• 作者: Y. Tsunoda;T. Otsuka;N. Shimizu;M. Honma;Y. Utsuno;M. Sakano (and 11 people)
• 通讯作者: M. Sakano (and 11 people)

Lifting of xz/yz orbital degeneracy at the structural transition in detwinned FeSe

• DOI: 10.1103/physrevb.90.121111
• 发表时间: 2014-09-29
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Shimojima, T.;Suzuki, Y.;Ishizaka, K.
• 通讯作者: Ishizaka, K.

Observation of out-of-plane apin-polarization in noncentrosymmetric transition metal dichalcogenide

非中心对称过渡金属二硫属化物面外针极化的观察

• 发表时间: 2014
• 作者: 関有沙;横山祐典;宮入陽介;中村淳路;鈴木淳;菅浩伸;松崎浩之;Tezer Esat;Stephen Eggins;M. Sakano (and 11 people)
• 通讯作者: M. Sakano (and 11 people)