Exploration of exotic properties in chalcogenide thin films grown by topotactic reactions
Project/Area Number |
20H01847
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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 | Tohoku University |
Principal Investigator |
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
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Keywords | カルコゲナイド / 原子層薄膜 / トポタクティック反応 / 角度分解光電子分光 / 電子状態 / トポタクティック / 超伝導 / 薄膜 / 光電子分光 |
Outline of Research at the Start |
カルコゲナイド原子層薄膜において新奇量子現象が次々と発見されて注目を集めている。本研究では、トポタクティック反応を利用した元素置換技術と、高品質薄膜の作製技術を融合することにより、硫化物をはじめとする機能性薄膜の作製を実現する。これにより、エキゾチック超伝導や新奇スピン偏極二次元電子系などの開拓を目指す。また、高分解能ARPESを用いて、電子構造の観点から物性発現機構を解明する。
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Outline of Final Research Achievements |
We have developed a novel method to obtain chalcogenide thin films by utilizing a topotactic reaction combined with a molecular beam epitaxy (MBE). This method is particularly useful for the growth of sulfur-based thin films which is generally difficult by MBE only, as we have demonstrated a successful topotactic conversion of iron-based high-temperature superconductors, topological insulators, and transition metal dichalcogenides. By performing high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy, we have revealed the electronic states and physical properties of the obtained thin films and related compounds. For instance, we have found signatures of exotic quantum states such as pure electronic nematic states without involving a structural phase transition in iron-based high-temperature superconductors and charge density waves originating from higher-order Fermi surface nesting in transition metal chalcogenides.
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、MBE法とトポタクティック反応法を組み合わせた新しい手法を開発し、これまでMBE法単独では困難とされていた硫化物薄膜の作製に成功した。カルコゲナイドは変化に富んだ膨大な数が存在し、基礎から応用まで広範な分野で先端材料として盛んに利用されている。本研究において鉄系高温超伝導体やトポロジカル絶縁体、遷移金属ダイカルコゲナイドなどで有用性を実証したように、トポタクティック法を用いた新手法は様々なカルコゲナイドに広く適用できることから、カルコゲナイド薄膜の作製や物性研究の新基軸になると期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(41 results)
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[Journal Article] Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES2023
Author(s)
Katsuaki Sugawara, Haruki Kusaka, Tappei Kawakami, Koki Yanagizawa, Asuka Honma, Seigo Souma, Kosuke Nakayama, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Shin-ichi Orimo, Masayuki Toyoda, Susumu Saito, Takahiro Kondo, and Takafumi Sato
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 23
Issue: 5
Pages: 1673-1679
DOI
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[Journal Article] Visualizing crystal twin boundaries of bismuth by high-spatial-resolution ARPES2023
Author(s)
A. Moriya, K. Nakayama, T. Kawakami, K. Maeda, A. Tokuyama, S. Souma, C. Chen, J. Avila, M. Ca. Asensio, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Takahashi, K. Fujiwara, K. Segawa, and T. Sato
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: -
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[Presentation] Micro-ARPES study of the kagome superconductor CsV3Sb52023
Author(s)
"Takemi Kato, Yongkai Li, Kosuke Nakayama, Zhiwei Wang, Seigo Souma, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Yugui Yao, Takafumi Sato"
Organizer
APS March Meeting 2023
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[Presentation] マイクロARPESによるカゴメ超伝導体AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs)の電子状態2023
Author(s)
加藤剛臣, 中山耕輔, Yongkai Li, Min Liu, Zhiwei Wang, 相馬清吾, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 高橋 隆, Yugui Yao, 佐藤宇史
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日本物理学会2023年春季大会
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[Presentation] High-resolution ARPES study of a kagome superconductor Cs(V1-xNbx)3Sb52022
Author(s)
"Takemi Kato, Yongkai Li, Kosuke Nakayama, Zhiwei Wang, Seigo Souma, Fumihiko Matsui, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Yugui Yao, and Takafumi Sato"
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International Workshop on Correlations and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (CORPES22)
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[Presentation] Three-Dimensional Nature of Charge-Density Wave in Kagome Superconductor KV3Sb5 Studied by ARPES2022
Author(s)
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13th International Conference on Materials and mechanisms of Superconductivity & High Temperature Superconductors(M2S)
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[Presentation] Electronic structure of monolayer VS2 thin film studied by ARPES2022
Author(s)
T. Kawakami, H. Oka, K. Yaegashi, K. Nakayama, K. Sugawara, T. Kato, Y. Saruta, S. Souma, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Takahashi, T. Fukumura, T. Sato
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29th International Conference on Low Temperature Physics
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[Presentation] Micro-ARPES study of Bismuth2022
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守谷歩美, 中山耕輔, 徳山敦也, 前田健作, 川上竜平, 相馬清吾, Chaoyu Chen, Jose Avila, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 高橋 隆, 藤原航三, 瀬川耕司, 佐藤宇史
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29th International Conference on Low Temperature Physics
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[Presentation] 新型トポロジカル物質候補CdGeAs2のARPES2022
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日本放射光学会 第14回若手研究会 次世代放射光で切り拓く軟X線科学
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[Presentation] 角度分解光電子分光によるカゴメ超伝導体KV3Sb5の異方的CDWギャップの観測2022
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加藤剛臣, 川上竜平, 守谷歩美, 中山耕輔, Yongkai Li, Min Liu, Zhiwei Wang, 田中清尚, 高橋 隆, Yugui Yao, 佐藤宇史
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[Presentation] カゴメ超伝導体CsV3Sb5におけるNb置換効果:高分解能ARPES2022
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加藤剛臣, 中山耕輔, Yongkai Li, Zhiwei Wang, 相馬清吾,松井文彦, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 高橋 隆, Yugui Yao, 佐藤宇史
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[Presentation] トポロジカル絶縁体候補カルコパイライト構造物質のARPES2022
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相馬清吾, 本間飛鳥, 北村未歩, 堀場弘司, 川上竜平, 渡辺夏芽, 中山耕輔, 菅原克明, 高橋 隆, 組頭広志, 佐藤宇史
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菅原克明, 川上竜平, 加藤剛臣, 田口大樹, 猿田康朗, 久保田雄也, 坪野竜治, 中山耕輔, 相馬清吾, 上野啓司, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 高橋隆, 佐藤宇史
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中山耕輔, 久保田雄也, 高根大地, 相馬清吾, 本間飛鳥, 川上竜平, 加藤剛臣, 菅原克明, 高橋隆, 瀬川耕司, 出田真一郎, 田中清尚, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 佐藤宇史
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
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