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新奇原子層磁性体の創成と物性解明

Research Project

Project/Area Number 20J10847
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

寺川 成海  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords超薄膜 / 原子層物質 / 2次元磁性体 / 電子構造 / 角度分解光電子分光 / 低速電子回折
Outline of Research at the Start

原子層磁性体は、2次元磁性体の物性研究の場や新しい電子材料としてなど基礎と応用の両面で注目されているが、実現例は少ない。本研究では、遷移金属ハライドに着目し、原子層磁性体の作製を目指す。まず分子線エピタキシー法で、遷移金属ハライドの超薄膜を作る。次に、その原子構造と電子構造と磁性を超高真空下でのその場測定で明らかにし、原子層磁性体の作製法を確立する。さらに、作製した原子層磁性体と異種の物性をもつ原子層物質とを重ね合わせたヘテロ構造を作製し新奇物性を探索する。

Outline of Annual Research Achievements

Bi基板上に成長させた臭化鉄(II)超薄膜のバンド構造の膜厚変化を角度分解光電子分光と低速電子回折で詳細に調べた。低速電子回折では、臭化鉄とBi基板の格子定数が違うことで生じるモアレパターンが1層膜において明瞭に観察され、臭化鉄超薄膜のエピタキシャル成長が確認された。電子構造については、1~5層膜について、いずれも半導体的な電子構造をもち、価電子帯の頂点はFe 3d軌道に由来する平坦なバンドにあることがわかった。この平坦なバンドの膜厚変化はほとんどなかった。一方、Br 4p軌道成分の強いバンドは、1層から2層への変化に伴い、層間のBr-Br相互作用の有無により分散形状が大きく変化することがわかった。
また、Si(111)基板上に成長させたInとMgからなる超薄膜の構造と電子状態を詳細に明らかにした。この超薄膜は2原子層In超薄膜にMgを1原子層分蒸着することで得られる。MgはIn層とSi基板の間に挿入され、3原子層構造が形成される。角度分解光電子分光で2つの半径の異なる円形フェルミ面が観測された。第一原理計算からこの2つの円形フェルミ面は、3原子層超薄膜の真空側から第1層と第2層の間の結合状態と反結合状態に由来することがわかった。この結果は、Mgで主に構成されるSi基板と接する第3層がSiのダングリングボンドを終端する緩衝層として働き、その結果、基板のないフリースタンディングIn超薄膜に近い電子状態が実現されたことを示している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Ultrathin (In, Mg) films on Si (111): A nearly freestanding double-layer metal2022

    • Author(s)
      Shigemi Terakawa, Shinichiro Hatta, Hiroshi Okuyama, Tetsuya Aruga
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Issue: 12 Pages: 125402-125402

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.125402

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Uniaxially Incommensurate Structure and Metal-insulator Transition of Metallic Indium Monolayer on Si(111)2020

    • Author(s)
      TERAKAWA Shigemi、HATTA Shinichiro、OKUYAMA Hiroshi、ARUGA Tetsuya
    • Journal Title

      Vacuum and Surface Science

      Volume: 63 Issue: 8 Pages: 425-430

    • DOI

      10.1380/vss.63.425

    • NAID

      130007886632

    • ISSN
      2433-5835, 2433-5843
    • Year and Date
      2020-08-10
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Si(111)上の(In, Mg)超薄膜の構造と電子状態:準自立2原子層金属の形成2022

    • Author(s)
      寺川 成海, 八田 振一郎, 奥山 弘, 有賀 哲也
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Si(111)上の(Mg, In)表面合金の電子状態2021

    • Author(s)
      寺川成海,八田振一郎,奥山弘,有賀哲也
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Mg蒸着によるIn2原子層金属の構造と電子状態の変化2021

    • Author(s)
      寺川 成海, 八田 振一郎, 奥山 弘, 有賀 哲也
    • Organizer
      2021年日本表面真空学会学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi/Si(111)表面上におけるFeBr2原子層超薄膜の成長と電子状態2021

    • Author(s)
      寺川 成海, 八田 振一郎, 奥山 弘, 有賀 哲也
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Mg吸着Pb/Si(111)表面の電子状態2020

    • Author(s)
      寺川 成海, 八田 振一郎, 奥山 弘, 有賀 哲也
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Mg吸着によるPb/Si(111)表面の構造と電子状態の変化2020

    • Author(s)
      寺川 成海, 八田 振一郎, 奥山 弘, 有賀 哲也
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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