Investigation of light pressure induced phase transition by an electronic properties approach

• Project Area: Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces
• Project/Area Number: 17H05461
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 坂本 一之 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (70261542)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 電子構造 / 光圧 / 相転移 / ナノマイクロ物理 / 新機能性材料

Outline of Annual Research Achievements

光圧を用いた、電子状態の変化を伴った相転移現象を初めとした物質改変は、ナノメートルオーダーの物質加工や新奇量子物性の発現の可能性を秘めている。本研究目的は、光照射によるアブレーションや電子状態の励起によって結合が切断され自由となった原子や分子に、光圧によるマニピュレーションを組み合わせて発現する全く新しい相転移機構を電子物性的アプローチにより解明することである。
方位角方向の力（トルク力）と動径方向への力（勾配力）を与える光渦を照射したC60薄膜は、照射量によりその電気伝導特性が半導体的な振る舞いから金属的な振る舞いに変化した。この結果は、照射量によらず半導体的な振る舞いしか示さない通常のガウシアンビームを照射したC60薄膜と大きく異なる。それら薄膜のフェルミ準位近傍の電子状態を調べるために光エネルギー6 eVと7 eVで光のスポット径が光渦の50μmよりわずかに小さい（10-30μm）レーザー光（ガウシアンビーム）を用いた光電子分光測定をしたところ、光渦を照射した領域は金属的なフェルミエッジが観測されたのに対し、光渦を照射していない領域では照射によりフェルミ準位より下の電子状態の密度に変化はあるもののフェルミ準位を横切ることはなく、半導体的な電子状態であった。分子軌道に関する知見を得るためにスポット径が1000μm 程度ある光エネルギー8.4 eVのXe光源を用いて光電子分光測定を行なった結果、光渦によって束縛エネルギー1.6 eVと2.5 eV付近に新たな状態が出現したことがわかった。これを過去の理論計算の結果と比較することで、光渦照射によってできた金属的なC60薄膜が、これまで高温高圧下でのみ報告されたものと非常に似た電子状態を有することを明らかにした。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 固体表面上の新奇ラシュバスピンテクスチャ - 対称性に誘起された特異なラシュバ効果 - (2018)
  • Author(s): 坂本一之
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 53 Pages: 629-637
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled Modification of Superconductivity in Epitaxial Atomic Layer-Organic Molecule Heterostructures (2017)
  • Author(s): S. Yoshizawa, E. Minamitani, S. Vijayaraghavan, P. Mishra, Y. Takagi, T. Yokoyama, H. Oba, J. Nitta, K. Sakamoto, S. Watanabe, T. Nakayama, and T. Uchihashi
  • Journal Title: Nano Lett. Volume: 17 Issue: 4 Pages: 2287-2293
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b05010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Valley spin polarization of Tl/Si(111) (2017)
  • Author(s): Stolwijk Sebastian D.,Schmidt Anke B.、Sakamoto Kazuyuki、Krueger Peter、Donath Markus
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 1 Issue: 6
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.1.064604
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin-polarized bands at solid surfaces (2019)
  • Author(s): K. Sakamoto
  • Organizer: The first international workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 有機分子吸着による表面原子層物質の電子状態変化 (2019)
  • Author(s): 坂本一之
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] Peculiar Rashba spin textures of metal adsorbed surfaces (2018)
  • Author(s): K. Sakamoto
  • Organizer: The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces & Cross-Strait Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Size-dependent electronic structure of Au nanoparticles (2018)
  • Author(s): Y. Suda, M. Iwaoka, I. Yamamoto, J. Fujii, S. Yamazoe, K. Sakamoto
  • Organizer: 34th European Conference on Surface Science (ECOSS 34)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Peculiar Spin Structure of Heavy Element Atomic Layers (2018)
  • Author(s): K. Sakamoto
  • Organizer: 14th International Conference on Atomically Controlled surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In/Si(111)-(√7×√3)のフェルミ面における特異なラシュバスピン (2018)
  • Author(s): 小林宇宏、中田慶隆、矢治光一郎、獅子堂達也、吉澤俊介、小森文夫、辛埴、内橋隆、坂本一之
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Micro-ARPES study of a Weyl semimetal candidate MoTe2 (2018)
  • Author(s): Y. Nakata, K. Kasai, E.F. Schwier, A. Ino, K. Ueno, N. Aoki, and K. Sakamoto
  • Organizer: the 22th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光圧による相転移 (2018)
  • Author(s): 坂本一之
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Electronic structures of organic single crystals (2017)
  • Author(s): K. Sakamoto
  • Organizer: Core-to-Core meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic properties of thallium single crystal thin film (2017)
  • Author(s): M. Iwaoka, K. Koga, Y. Yaoita, Y. Zhang, Y. Sassa, J. Fujii, Y. Yoshida, Y. Hasegawa, S. Ichinokura, R. Akiyama, S. Hasegawa, and K. Sakamoto
  • Organizer: 33rd European Conference on Surface Science (ECOSS 33)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal induced magnetic transition in 1D Ni(III)-dithiolene complex (2017)
  • Author(s): D. Hanamoto, R. Suizu, H. Masu, K. Awaga, and K. Sakamoto
  • Organizer: the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature-dependent electronic state of a spin crossover complex [Fe(tdap)2(NCS)2] thin film (2017)
  • Author(s): J. Nitta, Y.Shuku, T. Shimano, I. Yamamoto, K. Awaga and K. Sakamoto
  • Organizer: the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-assembled Honeycomb Lattice Formed by a Cyclic Thiazyl Diradical BDTDA Monolayer on Cu(111) (2017)
  • Author(s): R. Suizu, M. Yamamoto, D. Hanamoto, T. Shirasawa, and K. Sakamoto
  • Organizer: the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic structure of a DNTT single crystal (2017)
  • Author(s): N. Minagawa, J. Nitta, Y. Sassa, S. Ono, and K. Sakamoto
  • Organizer: the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 固体表面上の特異なラシュバスピン (2017)
  • Author(s): 坂本一之
  • Organizer: 東大物性研短期研究会「光で見る・操る 電子物性科学の最前線～強相関、トポロジー、低次元、ダイナミクス～」
  • Invited
• [Presentation] 原子層物質の新奇電子状態 (2017)
  • Author(s): 坂本一之
  • Organizer: PF研究会「次世代光源で拓かれる光電子分光研究の将来展望」
  • Invited
• [Remarks] 千葉大学 坂本一之グループ ホームページ
  • URL: http://surfnanophys.adv.chiba-u.jp/Welcome.html