Topological magnets studied by extreme light source photoemission spectroscopy
Project/Area Number |
18H01165
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
Takeshi Kondo 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒田 健太 広島大学, 大学院先進理工系科学研究科, 准教授 (00774001)
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Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2018: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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Keywords | 光電子分光 / トポロジカル物性 / 光電子 / トポロジカル / トポロジカル量子相 |
Outline of Final Research Achievements |
Rare-earth compounds exhibit rich phenomena induced by the interplay between localized f orbitals and conduction electrons. However, since the energy scale of the crystal-electric-field splitting is only a few millielectronvolts, the nature of the mobile electrons accompanied by collective crystal-electric-field excitations has not been unveiled. Here, we examine the low-energy electronic structures of CeSb through the anomalous magnetostructural transitions below the Neel temperature, ~17 K, termed the ‘devil’s staircase’, using laser angle-resolved photoemission spectroscopy. We report another type of electron-boson coupling between mobile electrons and quadrupole crystal-electric-field excitations of the 4f orbitals, which renormalizes the Sb 5p band prominently, yielding a kink at ~7 meV. This coupling strength is strong and exhibits anomalous step-like enhancement during the devil’s staircase transition, unveiling a new type of quasiparticle, named the ‘multipole polaron’.
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
CeSb の「悪魔の階段」では、伝導電子と局在4f結晶場励起が電子-ボゾン結合することで「多極子ポーラロン」という新しい準粒子が形成されていることが解明された。さらに、この電子-ボゾン結合は「悪魔の階段」の秩序配列に敏感に反応し、相互作用の強さを自在に変化させていることも明らかになった。この結果は、温度・圧力・磁場などの条件でCeSbの長周期磁気配列を制御することにより、電気輸送特性を劇的に変化させることが可能であることを示している。このような機構を今後さらに研究することで、スピトロニクデバイスへ向けた磁性材料設計の新たな展開が期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(68 results)
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[Journal Article] Selective observation of surface and bulk bands in polar WTe2 by laser-based spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy2022
Author(s)
Yuxuan Wan, Lihai Wang, Kenta Kuroda, Peng Zhang, Keisuke Koshiishi, Masahiro Suzuki, Jaewook Kim, Ryo Noguchi, C_dric Bareille, Koichiro Yaji, Ayumi Harasawa, Shik Shin, Sang-Wook Cheong, Atsushi Fujimori, and Takeshi Kondo
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 105
Issue: 8
Pages: 085421-085421
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Large anomalous Hall effect induced by weak ferromagnetism in the noncentrosymmetric antiferromagnet CoNb3S62022
Author(s)
Hiroaki Tanaka, Shota Okazaki, Kenta Kuroda, Ryo Noguchi, Yosuke Arai, Susumu Minami, Shinichiro Ideta, Kiyohisa Tanaka, Donghui Lu, Makoto Hashimoto, Viktor Kandyba, Mattia Cattelan, Alexei Barinov, Takayuki Muro, Takao Sasagawa, and Takeshi Kondo
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 105
Issue: 12
Pages: 121102-121102
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Multipole polaron in the devil's staircase of CeSb2022
Author(s)
Y. Arai, K. Kuroda, T. Nomoto, Z. H. Tin, S. Sakuragi, C. Bareille, S. Akebi, K. Kurokawa, Y. Kinoshita, W.-L. Zhang, S. Shin, M. Tokunaga, H. Kitazawa, Y. Haga, H. S. Suzuki, S. Miyasaka, S. Tajima, K. Iwasa, R. Arita, T. Kondo
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Journal Title
Nat. Mater.
Volume: 21
Issue: 4
Pages: 410-410
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Visualization of the strain-induced topological phase transition in a quasi-one-dimensional superconductor TaSe32021
Author(s)
Chun Lin, Masayuki Ochi, Ryo Noguchi, Kenta Kuroda, Masahito Sakoda, Atsushi Nomura, Masakatsu Tsubota, Peng Zhang, Cedric Bareille, Kifu Kurokawa, Yosuke Arai, Kaishu Kawaguchi, Hiroaki Tanaka, Koichiro Yaji, Ayumi Harasawa, Makoto Hashimoto, Donghui Lu, Shik Shin, Ryotaro Arita, Satoshi Tanda and Takeshi Kondo
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Journal Title
Nature Materials
Volume: 20
Issue: 8
Pages: 1093-1099
DOI
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[Journal Article] A weak topological insulator state in quasi-one-dimensional bismuth iodide2019
Author(s)
Ryo Noguchi, T. Takahashi, K. Kuroda, M. Ochi, T. Shirasawa, M. Sakano, C. Bareille, M. Nakayama, M. D. Watson, K. Yaji, A. Harasawa, H. Iwasawa, P. Dudin, T. K. Kim, M. Hoesch, V. Kandyba, A. Giampietri, A. Barinov, S. Shin, R. Arita, T. Sasagawa & Takeshi Kondo
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Journal Title
Nature
Volume: 566
Issue: 7745
Pages: 518-522
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Dirac Surface States in Intrinsic Magnetic Topological Insulators EuSn2As2 and MnBi2nTe3n+12019
Author(s)
H. Li, S.-Y. Gao, S.-F. Duan, Y.-F. Xu, K.-J. Zhu, S.-J. Tian, J.-C. Gao, W.-H. Fan, Z.-Cheng Rao, J.-R. Huang, J.-J. Li, Da-Yu Yan, Z.-T. Liu, W.-L. Liu, Y.-B. Huang, Y.-L. Li, Y. Liu, G.-B. Zhang, P. Zhang, T. Kondo, S. Shin, H.-C. Lei, Y.-G. Shi, W.-T. Zhang, H.-M. Weng, T. Qian, and H. Ding
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Journal Title
PHYSICAL REVIEW X
Volume: 9
Issue: 4
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Density Wave Probes Cuprate Quantum Phase Transition2019
Author(s)
Tatiana A. Webb, Michael C. Boyer, Yi Yin, Debanjan Chowdhury, Yang He, Takeshi Kondo, T. Takeuchi, H. Ikuta, Eric W. Hudson, Jennifer E. Hoffman, and Mohammad H. Hamidian
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Journal Title
Physical Review X
Volume: 9
Issue: 2
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Multiple topological states in iron-based superconductors2018
Author(s)
P.Zhang, Z. Wang, X. Wu, K. Yaji, Y. Ishida, Y. Kohama, G. Dai, Y. Sun, C. Bareille1, K. Kuroda, T. Kondo1, K. Okazaki, K. Kindo1, X. Wang, C. Jin, J. Hu, R. Thomale, K. Sumida, S. Wu, K. Miyamoto, T. Okuda, H. Ding, G. D. Gu, T. Tamegai, T. Kawakami, M. Sato, S. Shin
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Journal Title
Nature Physics
Volume: 15
Issue: 1
Pages: 41-47
DOI
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[Presentation] 高繰り返し10.7eV レーザーによる時間・スピン・角度分解光電子分光装置の開発と非占有スピン偏極電子状態の観測2022
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川口海周, 黒田健太, 福島優斗, 趙智剛, 谷峻太郎, 田中宏明, 原沢あゆみ, 飯盛拓嗣, 野口亮, K. A. Kokh, O. E. Tereshenko, 木村昭夫, 矢治 光一郎, 辛埴, 小森文夫, 小林洋平, 近藤猛
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[Presentation] ARPESで解明する少数キャリア半金属CeAsの電子状態の温度依存性2022
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新井陽介, 黒田健太, 野本拓也, 平井大悟郎, 片山和郷, 筒井智嗣, 田中宏明, 有田将史, 辛埴, 久保田正人, 芳賀芳範, 鈴木博之, 宮坂茂樹, 田島節子, 有田亮太, 近藤猛
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[Presentation] 角度分解光電子分光で解明する多層型銅酸化物超伝導体の反強磁性秩序と超伝導状態の関係2022
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黒川輝風, 大久保卓, Z. Yang, 野村肇宏, 小濱芳允, 國定聡, 酒井志朗, 関根遼太郎, 鶴川智一, 菊川樹, C. Lin, 黒田健太, T. K. Kim, M. Wattson, C. Cacho, 辛埴, 遠山貴己, 常盤和靖, 近藤猛
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日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] Electronic structures of Gd-based skyrmion materials revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2022
Author(s)
Yuyang Dong, Masayuki Ochi, Yosuke Arai, Kenta Kuroda, Natsumi Tanaka, Ryu Nakachi, Yuxuan Wan, Donghui Lu, Makoto Hashimoto, Matthew Watson, Cephise Cacho, Takayuki Muro, Ryuji Higashinaka, Yuji Aoki, Tatsuma D. Matsuda, Takeshi Kondo
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日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] 時間・スピン・角度分解光電子分光装置の開発とスピン偏極表面状態の光励起ダイナミクス観測2021
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川口海周, 黒田健太, 福島 優斗, 田中宏明, 原沢あゆみ, 飯盛拓嗣, 趙智剛, 谷峻太郎, K. A. Kokh, O. E. Tereshenko, 木村昭夫, 矢治 光一郎, 辛埴, 小森文夫, 小林洋平, 近藤猛
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黒田健太, 川口海周, 福島優斗, 趙智剛, 谷峻太郎, 田中宏明, 原沢あゆみ, 飯盛拓嗣, 野口亮, 矢治光一郎, 藤澤正美, 辛埴, 小森文夫, 小林洋平, 近藤猛
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