時間・スピン・角度分解光電子分光装置の開発とスピントロニクス材料への応用

• Project/Area Number: 18J22309
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 吉川 智己 広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: スピン分解光電子分光 / 奇パリティ多極子秩序 / ホイスラー合金 / トポロジカル物質

Outline of Annual Research Achievements

軟X線磁気円二色性吸収分光（XMCD）によるホイスラー合金のスピン依存した状態密度の抽出
Co基ホイスラー合金は、デバイスへの応用が期待されている。最近XMCDの遷移確率を利用し、スピン依存したCo 3dの非占有状態を抽出する試みが行われた。しかし、励起先の違いによってに働く静電引力がスピン方向に依存して異なるため、スピン電子状態の抽出が行えなかった。本研究ではCo2MnGe (Ga)ホイスラー合金においてGa (Ge) L2, 3吸収端におけるXAS/XMCDを行った。さらに、XMCDスペクトルと第一原理計算による非占有側のGe (Ga)におけるd軌道のPDOSを比較した。その結果、選択則に基づいてXAS/XMCDスペクトルの計算を行ったところ、実験結果を再現した。さらにスペクトルから交換分裂を見積もり、Co 3dスペクトルにフィードバックすることによって補正込みの非占有PDOS抽出方法を提案した。
レーザー光を用いたスピン分解光電子分光装置の開発
マニピュレータの導入により、高精度な位置依存測定が可能となった。またレーザー強度が不安定であったため、原因究明を行い、それにより除震台が除震できていない可能性があることが分かった。しかしコロナ禍の影響もあり、スピン測定までは遂行できなかった。
奇パリティ秩序をもつ強相関物質の角度分解光電子分光
強相関電子系では、軌道自由度に関連する物性が重要なテーマとして議論されてきた。近年、奇パリティ多極子秩序に起因する新奇物性が注目を集めている。その舞台としてCeCoSiが挙げられる。しかし電子状態を直接観測した例はない。そこでCeCoSiの電子状態を調べるため角度分解光電子分光を行い、3次元的な電子状態、ノーダルライン形成、Co 3d軌道がEF近傍で支配的、そしてCe 4fとEF近傍のCo 3dが弱く混成していることが明らかとなった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Kurdyumov Institute of Metal Physics(ウクライナ)
• [Int'l Joint Research] MPI of Microstructure Physics(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Johannes Kepler University(オーストリア)
• [Int'l Joint Research] Russian Academy of Sciences/Novosibirsk State University/Saint Petersburg State University(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] University of Zagreb(クロアチア)
• [Int'l Joint Research] Fisica de Materiales UPV/EHU/International Physics Center(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Russian Academy of Sciences/Novosibirsk State University(ロシア連邦)
• [Journal Article] Emergence of low-energy electronic states in oxygen-controlled Mott insulator Ca2RuO4+δ (2021)
  • Author(s): Takeo Miyashita, Hideaki Iwasawa, Tomoki Yoshikawa, Shusuke Ozawa, Hironoshin Oda, Takayuki Muro, Hiroki Ogura, Tatsuhiro Sakami, Fumihiko Nakamura, Akihiro Ino
  • Journal Title: Solid State Communications Volume: 326 Pages: 114180-114180
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2020.114180
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co2MnGe (Ga) film via Ge (Ga) L2,3 absorption spectroscopy (2020)
  • Author(s): Yoshikawa T.、Antonov V. N.、Kono T.、Kakoki M.、Sumida K.、Miyamoto K.、Takeda Y.、Saitoh Y.、Goto K.、Sakuraba Y.、Hono K.、Ernst A.、Kimura A.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 6 Pages: 064428-064435
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.064428
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Visualizing Half-Metallic Bulk Band Structure with Multiple Weyl Cones of the Heusler Ferromagnet (2020)
  • Author(s): T. Kono, M. Kakoki, T. Yoshikawa, X. Wang, K. Goto, T. Muro, R.Y. Umetsu, and A. Kimura
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Issue: 21 Pages: 216403-216409
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.216403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radial spin texture in elemental tellurium with chiral crystal structure (2020)
  • Author(s): M. Sakano, M. Hirayama, T. Takahashi, S. Akebi, M. Nakayama, K. Kuroda, K. Taguchi, T. Yoshikawa, K. Miyamoto, T. Okuda, K. Ono, H. Kumigashira, T. Ideue, Y. Iwasa, N. Mitsuishi, K. Ishizaka, S. Shin, T. Miyake, S. Murakami, T. Sasagawa, and Takeshi Kondo
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 124 Issue: 13 Pages: 136404-136409
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.136404
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bidirectional surface photovoltage on a topological insulator (2019)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. Akiba, A. Miyake, M. Tokunaga, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, A. Kimura
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 16 Pages: 165311-165311
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.165311
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Element-specific density of states of Co2MnGe revealed by resonant photoelectron spectroscopy (2019)
  • Author(s): T. Kono, M. Kakoki, T. Yoshikawa, X. Wang, K. Sumida, K. Miyamoto, T. Muro, Y. Takeda, Y. Saitoh, K. Goto, Y. Sakuraba, K. Hono
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 16 Pages: 165120-165126
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.165120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disentangling orbital and spin textures of surface-derived states in non-symmorphic semimetal HfSiS (2019)
  • Author(s): Xiaoxiao Wang, Jiahua Chen, Mingtian Zheng, Tatiana V. Menshchikova, Igor P. Rusinov, Eike F. Schwier, Filip Orbanic, Shilong Wu, Kazuki Sumida, Tomoki Yoshikawa, Koji Miyamoto, Munisa Nurmamat, Taichi Okuda, Kenya Shimada, Mario Novak, Evgueni V. Chulkov, and Akio Kimura
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 20 Pages: 205140-201547
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.205140
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inverted Dirac-electron population in a thermally activated topological insulator (2019)
  • Author(s): K. Sumida, Y. Ishida, T. Yoshikawa, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 99 Issue: 8 Pages: 085302-085302
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.085302
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dirac gap opening and Dirac-fermion-mediated magnetic coupling in antiferromagnetic Gd-doped topological insulators and their manipulation by synchrotron radiation (2019)
  • Author(s): A. M. Shikin, D. A. Estyunin, Yu. I. Surnin, A. V. Koroleva, E.V. Shevchenko, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, T. Yoshikawa, Y. Saitoh, Y. Takeda, and A. Kimura
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 4813-4829
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41137-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced photovoltage on the surface of topological insulator by optical aging (2018)
  • Author(s): Tomoki Yoshikawa, Yukiaki Ishida, Kazuki Sumida, Jiahua Chen, Konstantin, A. Kokh, Oleg E. Tereshchenko, Shik Shin, and Akio Kimura
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 112 Issue: 19 Pages: 192014-192014
  • DOI: 10.1063/1.5008466
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] フルホイスラー合金Co2MnZ (Z=Ga, Ge)薄膜の非磁性元素サイトにおける磁気円二色性スペクトル (2021)
  • Author(s): 吉川 智己, V. N. Antonov, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, A. Ernst, 木村 昭夫
  • Organizer: 第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] ホイスラー合金Co2MnGe (Ga)薄膜のGe (Ga) L2, 3端における磁気円二色性スペクトルⅡ (2020)
  • Author(s): 吉川 智己, V. N. Antonov, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, A. Ernst, 木村 昭夫
  • Organizer: 日本物理学会 2020年・秋季大会
• [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi2Te3における両極性表面光起電力シフト (2019)
  • Author(s): 吉川智己, 角田一樹, 石田行章, 陳家華, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, 辛埴, 木村昭夫
  • Organizer: 最先端光電子分光で拓く量子物質科学研究に関するワークショップ
• [Presentation] 希土類元素を含むディラック電子系の放射光ARPES (2019)
  • Author(s): 吉川 智己, 北山 悠斗, Wang Xiaoxiao, 岩澤 英明, 鹿子木 将明, 河野 嵩, 尾田 拓之慎, 小澤 秀介, Shiv Kumar, Eike Schwier, 島田 賢也, 室 隆桂之, 谷田 博司, 木村 昭夫
  • Organizer: 日本物理学会 2019年・秋季大会
• [Presentation] ホイスラー合金Co2MnGe (Ga)薄膜のGe (Ga) L2, 3端における磁気円二色性スペクトル (2019)
  • Author(s): 吉川 智己, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, 木村 昭夫
  • Organizer: 日本物理学会 2019年・秋季大会
• [Presentation] フルホイスラー合金Co2MnGe(Ga)薄膜のGe(Ga) L2,3端における磁気円二色性スペクトル (2019)
  • Author(s): 吉川 智己, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, 木村 昭夫
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Synchrotron radiation ARPES study of Dirac electron systems including rare earth elements (2019)
  • Author(s): T. Yoshikawa, Y. Kitayama, X.Wang, H. Iwasawa, M. Kakoki, T. Kono, H. Oda, S. Ozawa, S. Kumar, E. Schwier, K. Shimada, T. Muro, H. Tanida and A. Kimura
  • Organizer: New Trends in Topological Insulators 2019 and Variety and Universality of Bulk-edge Correspondence 2019 (NTTI 2019 and BEC 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A bi-directional surface photovoltaic shift on the topological insulators (2019)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Organizer: International Young Researchers Workshop on Synchrotron Radiation Science 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Unveiling spin-depend unoccupied electronic states of Co2MnGe(Ga) film (2019)
  • Author(s): T. Yoshikawa, T. Kono, M. Kakoki, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takeda, Y. Saitoh, K. Goto, Y. Sakuraba, K. Hono and A. Kimura
  • Organizer: The 19th International Conference on Solid Films and Surfaces
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A bi-directional surface photovoltaic shift on the topological insulators (2019)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Organizer: The Second International Workshop Emergent Condensed-Matter Physics ECMP2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A bi-directional photovoltaic shift on the surface of topological insulators (2019)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Organizer: APS March Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] トポロジカル絶縁体における光エイジング効果と表面光起電力シフト (2018)
  • Author(s): 吉川智己, 石田行章, 角田一樹, 陳家華, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, 辛埴, 木村昭夫
  • Organizer: 日本物理学会 2018年・秋季大会
• [Presentation] A bi-directional surface photovoltaic shift on a topological insulator (2018)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Organizer: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science (TASPEC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhanced photovoltage on the surface of topological insulator via optical aging (2018)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Organizer: International workshop "Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts" [ BEC2018X ]
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Bi-directional Surface Photovoltaic Shift on Topological Insulators (2018)
  • Author(s): T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • Organizer: 2018 Japan-Korea Student Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 多機能性強磁性合金のハーフメタル電子状態の直接観測に世界で初めて成功
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/61483