| Project/Area Number |
24KK0107
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
黒田 健太 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (00774001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤澤 唯太 広島大学, 放射光科学研究所, 助教 (00835811)
武田 崇仁 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (00985327)
角田 一樹 広島大学, 放射光科学研究所, 特任准教授 (20882369)
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| Project Period (FY) |
2024-09-09 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000)
Fiscal Year 2027: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2026: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 超高速 / スピン流 / 光電子分光 / 磁性薄膜 / ヘテロ構造 / 電子構造 / 光物性 |
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| Outline of Research at the Start |
電子やスピンのキャリア伝導は、半導体素子や磁気抵抗素子など、我々の生活を支えるさまざまなデバイスの最も根幹となる動作機構であり、その伝導ダイナミクスは低消費電力や高速処理といった重要な機能を決定する。本研究では、超精密な光電子分光技術（日本）と高度な超短パルスレーザー技術（ドイツ）を組み合わせて、超高速な伝導現象にアクセス可能な新しい電子分光法を開発し実施する国際共同研究を強化する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヘテロ界面をまたぐ電子やスピンの伝導は、さまざまなデバイスの動作原理に関わっており、低消費電力化や高速処理といった重要な機能を実現する上で極めて重要である。こうした機能を最大限に引き出すための電子・スピン伝導を実現するには、ヘテロ界面における電子バンドの連続性が重要であるとこれまで議論されてきた。一方で、バンドの不連続性によって電子やスピンの量子的な伝導がどのように乱されるのか、また、そもそもヘテロ界面のような局所環境における量子的伝導を実験的にどのように捉えることができるのか、といった点が大きな課題となっている。本研究では、異なる技術的背景を持つ日本とドイツの研究グループが相補的な連携を結び、日本側の超高精度スピン分解光電子分光（Spin-ARPES）技術と、ドイツ側の超高速分光技術という両者の強みを融合・共有することで、ヘテロ界面における超高速量子伝導にアクセス可能な新たな電子分光法の測定プラットフォームの構築を目指している。本年度はその第一歩として、ドイツ側で開発されたフェムト秒超短パルスレーザーを、広島大学放射光科学研究所で開発されたレーザーSpin-ARPES装置に導入し、超高速光学遷移によって励起された電子状態をスピン自由度まで分解して観測可能な測定環境を整備した。立ち上げに際しては、ドイツの研究者を招聘し、超短パルス技術のノウハウ提供を受けた。この測定環境を用いて、Bi2Te3 や Bi2Se3 などのトポロジカル絶縁体におけるスピン偏極表面状態の光学遷移を観測することに成功した。一方で、日本国内では、今後の測定対象となる反強磁性体薄膜やトポロジカル物質薄膜の作製環境の整備と試料作製を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ドイツの研究チームで開発されたフェムト秒超短パルスレーザーを、広島大学放射光科学研究所で開発されたレーザーSpin-ARPES装置に導入することで、超高速光学遷移によって励起された電子状態をスピン自由度まで分解して観測できる測定環境を整備した。これにより、Bi2Te3 や Bi2Se3 などのトポロジカル絶縁体におけるスピン偏極表面状態の光学遷移を観測することに成功した。これらは当初の計画通りに進行しており、概ね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
新たに立ち上げた超短パルスレーザーを用いたスピン角度分解光電子分光（Spin-ARPES）を超薄膜系に適用し、超高速な伝導現象の測定を行う。特に、ドイツ側から提供されている磁性薄膜について精密な観測を行う予定である。また、ドイツにおいてはスピン分解を伴わない測定を詳細に行い、その結果を基に、日本国内にてスピン分解測定を実施する。この取り組みに際し、日本の研究チームからは大学院生を中心としたメンバーがドイツに滞在し、現地の研究者と共同実験を行う。
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