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。

は this year, under the main に の remember 3 テ ー マ に つ い て, Angle decomposition photoelectron spectrometry (ARPES) を い た strong い ス ピ ン と orbital interaction space inverse planning polices according to sexual の broken れ が gen る ス ピ ン split バ ン ド tectonic の 観 と measurement directly, the first principle of バ ン ド computing を base に し た micro apparent agency の interpret を refers し を line っ て, research た. 1. レ ー ザ ー ARPES modified と domestic change telescopic device の レ ン ズ pay き の Gao Gan degrees カ メ ラ を with い て 2 direction か ら measurement sample を リ ア ル タ イ ム 観 measuring す る こ と に よ っ て, degree of ~ 0.1 mm の sample で も, high precision に フ ェ ル ミ surface の line measurement を う こ と が may と な っ た. Line の device performance evaluation 価 を っ た result, Angle decomposition can < 0.2 degrees, the degree of polarization > 99%, お よ び determination on sample の レ ー ザ ー の ス ポ ッ ト diameter 0.1 mm を reached し た. 2. Polarity semimetal MoTe2 に お け る ト ポ ロ ジ カ ル バ ン ド の studied MoTe2 は low-temperature phase に お い て, ス ピ ン partial pole し た ア ー ク shape の ト ポ ロ ジ カ ル side state が exist す る こ と が in stopping さ れ て い る. This study で は, since opening ら 発 を into め て き た レ ー ザ ー を ARPES device with い て, polarity を す る in crystal structure の table と に お い て, different な る ト ポ ロ ジ カ ル side state が form さ れ て い る こ と を Ming ら か に し た. 3. PdBi2 に お け る study university physical property research of 伝 guide state の sheen common research laboratory と を い, low temperature (~ 1 k) ま で may reach な レ ー ザ ー を ARPES device with い て, バ ル ク と ト ポ ロ ジ カ ル surface バ ン ド の super 伝 guide の electronic state を fine check し た. Planning to move under temperature に お い て, ト ポ ロ ジ カ ル surface バ ン ド tectonic に お い て も, フ ェ ル ミ quasi が reduce し の state density, super 伝 guide ギ ャ ッ プ が open く others child が 観 measuring さ れ た. This research topic を tong し て, wanted to settle し て い た polar semiconductor と い う category を big き く super え て, super 伝 conductor を む others more な material に お い て exist common に す る ス ピ ン orbital interaction cutting や の service ト ポ ロ ジ カ ル な nature を Ming ら か に す る こ と に successful し た. さ ら に, affiliated laboratory に お い て 1 mev を る cutting high decomposition can determine が may な レ ー ザ ー ARPES device を steady transport planning is changed to に ら せ, others 々 な material の の electronic structure and high precision, short time measuring を may に さ せ た.

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)