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スピン分解超高分解能光電子分光装置の建設と磁性表面薄膜の研究

Research Project

Project/Area Number 10J02771
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

高山 あかり  東北大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsスピン分解光電子分光 / 表面ラシュバ効果 / トポロジカル絶縁体
Research Abstract

これまでに建設を進めてきた超高分解能スピン分解光電子分光装置の最終調整を行った。検出器の感度比やバックグラウンドの補正方法を確立し、データの信頼性を向上させた。バックグラウンドノイズをより減少させるため、長時間のベーク・高電圧印加を行った。各電極における印加電圧の調整、残留ガスの除去や流入ガスの遮蔽による到達真空度の向上など、装置全体の性能も高めた。
建設した装置を用いて、Si上に作成したV族半金属Bi薄膜のRashba効果についてスピン偏極率の膜厚依存性を測定した。その結果、膜厚が薄くなるにつれて表面バンドのスピン偏極率が小さくなることを明らかにし、SiとBiの界面においても、表面と同様なRashba効果を示す可能性を初めて明らかにした。以上の結果は米国化学誌Nano Lettersに掲載され、国内外の学会にて発表を行った他、多数の新聞で報道された。また、Rashba効果による表面バンドのスピン偏極率がバルクバンドから受ける影響について明らかにするため、Sbのスピン分解ARPES測定を行った。その結果、バルクバンド射影内において表面バンドのスピン偏極率が減少する様子を観測し、バルクバンドと表面バンドの混成がスピン偏極率に与える影響を実験的に明らかにした。この結果は、日本物理学会(2012年秋季大会)にて発表した。さらに、トポロジカル相転移による表面ディラックバンドのスピン構造の変化を明らかにするため、TlBi(S_<1-x>Se_x)_2のスピン偏極率の波数および組成依存性をスピン分解ARPESにて決定した。xを変化させた各組成でスピン偏極率を測定した結果、Se濃度(x)の減少とともにスピン偏極率が弱くなり、TlBiS_2(x=0.0)ではスピン偏極率がゼロであることを実験的に初めて観測した。以上の結果は、米国物理学誌Phys. Rev. Lett.に掲載された。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2013 2012 2011 2010

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Tunable spin polarization in bismuth ultrathin film on Si(111)2012

    • Author(s)
      A. Takayama el al.
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 12 Pages: 1776-1779

    • Related Report
      2012 Annual Research Report 2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anomalous Rashba effect of bismuth(111) thin films studied by high-resolution spin-and angle-resolved photoemission spectroscopy2012

    • Author(s)
      A. Takayama, et al.
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Science & Technology B

      Volume: 30 Issue: 4

    • DOI

      10.1116/1.4731467

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin Polarization of Gapped Dirac Surface States Near the Topological Phase Transition in TiBi(S_<1-x>Sr_x)_22012

    • Author(s)
      S. Souma, et al.
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 109 Issue: 18 Pages: 186804-1

    • DOI

      10.1103/physrevlett.109.186804

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of High-resolution Spin-resolved Photoemission Spectrometer and Its Application for Study of Surface Rashba Effects2012

    • Author(s)
      高山あかり, 他
    • Journal Title

      Hyomen Kagaku

      Volume: 33 Issue: 3 Pages: 165-171

    • DOI

      10.1380/jsssj.33.165

    • NAID

      130004486737

    • ISSN
      0388-5321, 1881-4743
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Giant out-of-plane spin component and the asymmetry of spin-polarization in surface Rashba states of bismuth thin film2011

    • Author(s)
      A.Takayama, et al
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 106 Issue: 16

    • DOI

      10.1103/physrevlett.106.166401

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evolution of surface states in Bi_<1-x>Sb_x alloys across the topological phase transition2011

    • Author(s)
      H.Guo, et al
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 83 Issue: 20 Pages: 582-584

    • DOI

      10.1103/physrevb.83.201104

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Measurement of the Out-of-Plane Spin Texture in the Dirac Cone Surface State of a Topological Insulator2011

    • Author(s)
      S.Souma, et al
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 106 Issue: 21

    • DOI

      10.1103/physrevlett.106.216803

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrahigh-resolution spin-resolved photoemission spectrometer with a mini Mott detector2010

    • Author(s)
      S.Souma, et al
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 81

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Anomalous Rashba effect of Bi thin film studied by spin-resolved ARPES2013

    • Author(s)
      A. Takayama
    • Organizer
      Tohoku - Harvard Joint Workshop (Poster)
    • Place of Presentation
      Tohoku University, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2013-01-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分解能スピン分解光電子分光によるBi薄膜のRashba効果の研究2012

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      第4回放射光若手研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(招待講演)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Sb薄膜のスピン分解ARPES2012

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会(2012年秋季大会)
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Anomalous Rashba effect of Bi(111) thin film studied by high-resolution spin-resolved ARPES2012

    • Author(s)
      A.Takayama
    • Organizer
      39th Conference on the Physics and Chemistry of Surfaces and Interfaces (Upgrade)
    • Place of Presentation
      Santa Fe, New Mexico, USA
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi/Si(111)薄膜における表面電子スピン偏極度の膜厚依存性2012

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会(第67回年次大会)
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi(111)表面における特異なRashba効果:高分解能スピン分解ARPES2011

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会(第66回年次大会)
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-03-26
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Anomalous Rashba effect of Bi(111) surface studied by high-resolution span-resolved ARPES2011

    • Author(s)
      A.Takayama
    • Organizer
      The 3^<rd> International GCOE symposium
    • Place of Presentation
      Tohoku University
    • Year and Date
      2011-03-18
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分解能スピンARPESによるスピントロニクス物質の研究2011

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      第7回日本表面科学会放射光表面科学部会・SPring-8利用者懇談会顕微ナノ材料科学研究会合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪電気通信大学(招待講演)
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分解能スピン分解ARPESによるBi薄膜における異方的Rashba分裂の観測2011

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会(2011年秋季大会)
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi(111)表面のスピン分解微細電子構造2010

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会(2010年秋季大会)
    • Place of Presentation
      大阪府立大学
    • Year and Date
      2010-09-25
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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