Search for exotic quasiparticles by angle-resolved photoemission spectroscopy

本年度は、昨年度に引き続き、角度分解光電子分光(ARPES)-分子線エピタキシー(MBE)複合装置の開発と、それを用いたエキゾチック準粒子の探索を行った。真空紫外レーザー光源系のprobe光とpump光の同期などにより、2光子ARPESができるように調整を行った。また、試料位置の精密制御のために、高速クローズドループ制御の試料精動機構を導入して装置の除振対策を施すことにより、高精度の空間分割ARPES測定を実現した。MBE装置においては、試料作製槽内に組み込んだ蒸着源、回折装置、膜厚モニタなどの最適化調整により、原子層物質における高精度ARPES測定を実現する舞台を整えた。本装置や高輝度放射光を用いて、主に以下に示す研究成果を得た。線ノード型準粒子をもつと期待されるトポロジカル半金属超伝導体CaSb2の電子構造を決定し、線ノード型準粒子が現れる電子ポケットが欠如した状態でも超伝導が現れることを見出し、ブリルアンゾーンの中心におけるホールポケットが超伝導に重要な役割を果たすことを示唆した。カゴメ超伝導体Cs(V1-xNbx)3Sb5の電子構造をARPESによって決定した。その結果、これまで提案されている超伝導機構のモデルはVの電子だけを考慮したものがほとんどであったのに対して、V電子とSb電子が協力しながら超伝導を実現していることが明らかになった。原子層遷移金属ダイカルコゲナイドの研究においては、ダビデの星が密に整列することでモット絶縁体になるNbSe2とは異なり、原子層NbTe2はダビデの星が隙間を空けながら規則的に配列した金属となることを初めて明らかにした。

本年度は、昨年度に引き続き、角度分解光電子分光(ARPES)-分子線エピタキシー(MBE)複合装置の開発と、それを用いたエキゾチック準粒子の探索を行った。真空紫外レーザー光源系のprobe光とpump光の同期などにより、2光子ARPESができるように調整を行った。また、試料位置の精密制御のために、高速クローズドループ制御の試料精動機構を導入して装置の除振対策を施すことにより、高精度の空間分割ARPES測定を実現した。MBE装置においては、試料作製槽内に組み込んだ蒸着源、回折装置、膜厚モニタなどの最適化調整により、原子層物質における高精度ARPES測定を実現する舞台を整えた。本装置や高輝度放射光を用いて、主に以下に示す研究成果を得た。線ノード型準粒子をもつと期待されるトポロジカル半金属超伝導体CaSb2の電子構造を決定し、線ノード型準粒子が現れる電子ポケットが欠如した状態でも超伝導が現れることを見出し、ブリルアンゾーンの中心におけるホールポケットが超伝導に重要な役割を果たすことを示唆した。カゴメ超伝導体Cs(V1-xNbx)3Sb5の電子構造をARPESによって決定した。その結果、これまで提案されている超伝導機構のモデルはVの電子だけを考慮したものがほとんどであったのに対して、V電子とSb電子が協力しながら超伝導を実現していることが明らかになった。原子層遷移金属ダイカルコゲナイドの研究においては、ダビデの星が密に整列することでモット絶縁体になるNbSe2とは異なり、原子層NbTe2はダビデの星が隙間を空けながら規則的に配列した金属となることを初めて明らかにした。