• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Control of topological electronic state of bismuth atomic layer using epitaxial strain

Research Project

Project/Area Number 20K03821
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

Takahashi Kazutoshi  佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (30332183)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords角度分解光電子分光 / 放射光 / レーザー / 原子層 / 光電子分光
Outline of Research at the Start

面内格子定数を系統的に変化できる基板を用いることにより、エピタキシャル歪みを制御しながらBi(110)原子層を作製し、エネルギー選択性、偏光制御性、パルス性等の優れた特性を持つシンクロトロン放射光とフェムト秒レーザーという2種の先端的光源を駆使した光電子分光実験によりその電子状態を明らかにする。これにより、従来の組成制御を通じたスピン軌道相互作用の大きさの走査による方法に加えて、連続可変な格子歪みを通じてトポロジカル状態転移させるというスピン・電子状態への新たな走査軸を与え得ることを、占有電子状態、非占有領域バンド構造、そして、励起電子状態のフェムト秒ダイナミクスの直接観測から示す。

Outline of Final Research Achievements

Using photoemission spectroscopy, an experimental technique that can reveal the band structure that determines how electrons behave in a material, we have studied the electronic structure of bismuth atomic layers with lattice strain. We have succeeded in fabricating bismuth atomic layers with different lattice constants on the crystal surfaces of graphene, cadmium oxide, silver, and germanium, and elucidated the electronic states of strained bismuth atomic layers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

1原子層厚さの炭素シートであるグラフェンの発見を端緒として、さまざまな2次元材料群の研究が進められている。原子量が大きな元素は大きなスピン軌道相互作用を持つために、スピン分裂した電子バンド構造を示すなどの特徴がある。本研究では、原子組成、結晶構造、キャリア特性などの従来からのナノ材料開発での走査軸に加えて、格子歪みによる電子状態制御の実証に向けた基礎的な知見を得ることができた。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Three-dimensional angle-resolved photoemission study of bulk SiGe single crystals2023

    • Author(s)
      Takahashi Kazutoshi、Umeda Yuki、Imamura Masaki、Takaira Marina、Ikoma Yoshifumi、Arai Yasutomo
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 041114-041114

    • DOI

      10.1063/5.0144426

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thickness dependent band structure of α-bismuthene grown on epitaxial graphene2022

    • Author(s)
      Takahashi Kazutoshi、Imamura Masaki、Yamamoto Isamu、Azuma Junpei
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 34 Issue: 23 Pages: 235502-235502

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ac5e06

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effect of water exposure on FePc thin films grown on bismuth-covered Si(111) surfaces2022

    • Author(s)
      Ohno S.、Okanda K.、Takahashi K.
    • Journal Title

      Surface Science

      Volume: 716 Pages: 121953-121953

    • DOI

      10.1016/j.susc.2021.121953

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ge(001)微傾斜面に成長させたBi(111)薄膜の電子状態2023

    • Author(s)
      小山 諒祐, 今村 真幸, 山本 勇, 東 純平, 高橋 和敏
    • Organizer
      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光光電子分光によるTi4O7の電子状態2023

    • Author(s)
      古田 虎太朗, 東 純平, 山本 勇, 渡邊 雅之, 高橋 和敏
    • Organizer
      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Electronic band structures of Magneli phase Ti4O7 studied by angle-resolved photoemission spectroscopy2022

    • Author(s)
      Kotaro Furuta, Junpei Azuma, Isamu Yamamoto, Masayuki Watanabe, Kazutoshi Takahashi
    • Organizer
      The 22nd international vacuum congress (IVC-22)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Photo-excited electron dynamics of zinc phthalocyanine thin films on graphite substrates2022

    • Author(s)
      Sho Nagatomo, Isamu Yamamoto, Junpei Azuma, Masaki Imamura, Kazutoshi Takahashi
    • Organizer
      The 22nd international vacuum congress (IVC-22)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] HOPG基板上に作製した亜鉛フタロシアニン薄膜の光励起キャリアダイナミクス2022

    • Author(s)
      山本勇、永友翔、東純平、今村真幸、高橋和敏
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi(110)超薄膜の異方的ディラック状態2022

    • Author(s)
      高橋和敏,今村真幸,山本勇,東純平
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 試料制御ステージの電動化によるグラフェンの空間分布の可視化2022

    • Author(s)
      今村真幸, 長山佑哉, 高橋和敏
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Bi2O3/CdO界面の量子化サブバンド2022

    • Author(s)
      高橋和敏,今村真幸,Hyo Chang Jang,田中徹,山本勇,東純平
    • Organizer
      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] SiGeバルク単結晶の三次元バンド構造2022

    • Author(s)
      梅田裕稀、今村真幸、山本勇、東純平、高井良真里奈、生駒嘉史、荒井康智、高橋和敏
    • Organizer
      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 佐賀大学ビームラインにおける電子材料研究2021

    • Author(s)
      高橋 和敏
    • Organizer
      第15回九州シンクロトロン光研究センター研究成果報告会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] SiGeバルク単結晶の三次元バンド構造2021

    • Author(s)
      梅田裕稀、今村真幸、山本勇、東純平、高井良真里奈、生駒嘉史、荒井康智、高橋和敏
    • Organizer
      令和3年度日本表面真空学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 佐賀大学シンクロトロン光応用研究センター

    • URL

      http://www.slc.saga-u.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi