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トポロジカル絶縁体および関連物質のスピン分解ARPES

Publicly Offered Research

Project AreaTopological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
Project/Area Number 25103701
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

佐藤 宇史  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10361065)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2013: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Keywordsトポロジカル絶縁体 / フェルミ面 / ディラックコーン / 光電子分光 / 鏡映対称性
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、3次元スピン検出システムの高分解能光電子分光装置への組み込み・調整を行い、スピン分解光電子分光装置の分解能として、ミニモット検出器(8 meV)のエネルギー分解能を上回る5 meVの分解能を達成することに成功した。
また、装置の建設・改良と並行して、いくつかのトポロジカル絶縁体およびその関連物質の電子状態の決定を行った。トポロジカル絶縁体の母物質であるビスマス(Bi)において、その表面に残されたアイランドのエッジに起因する1次元的なバンド構造を決定することに初めて成功した。この一次元バンドはラシュバ型のスピン分裂をしており、その分裂幅は二次元的な表面バンドのものよりも遥かに大きいことを見出した。またスピン分解測定の結果、表面に平行なスピン成分とほぼ同程度のスピン垂直成分を観測し、面外だけでなく面内のポテンシャル勾配がエッジにおけるスピンの方向を特徴付けると結論した。また、トポロジカル絶縁体TlBiSe2とラシュバ金属Biの接合系における高分解能スピン分解ARPES実験を行い、フェルミ準位近傍のバンド構造およびフェルミ面を決定した。その結果、Biのバンドとの強いスピン選択的な混成効果によって、TlBiSe2のディラックコーン電子状態が大きく変調されることを見出した。このことから、もともとTlBiSe2側に存在していたトポロジカル表面状態が、接合によって金属(Bi)側に移動する「トポロジカル近接効果」という新しい現象が発現していると結論した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] One-dimensional edge states with giant spin splitting in a bismuth thin film2015

    • Author(s)
      A. Takayama, T. Sato, S. Souma, T. Oguchi, and T. Takahashi
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 114 Issue: 6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.114.066402

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Topological proximity effect in a topological insulator hybrid2015

    • Author(s)
      T. Shoman, A. Takayama, T. Sato, S. Souma, T. Takahashi, T. Oguchi, K. Segawa, Y. Ando
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 6547-6547

    • DOI

      10.1038/ncomms7547

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rashba effect in antimony and bismuth studied by spin-resolved. ARPES2014

    • Author(s)
      A. Takayama, et al.
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: (印刷中)(掲載確定) Issue: 5 Pages: 055004-055004

    • DOI

      10.1088/1367-2630/16/5/055004

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Relationship between Fermi surface warping and out-of-plane spin polarization in topological insulators : A view from spin- and angle-resolved photoemission2014

    • Author(s)
      M. Nomura, et al.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Issue: 4 Pages: 45134-1

    • DOI

      10.1103/physrevb.89.045134

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunability of the k-space Location of the Dirac Cones in the Topological Crystalline Insulator Pb1-xSnxTe2013

    • Author(s)
      Y. Tanaka, T. Sato, K. Nakayama, S. Souma, T. Takahashi, Zhi Ren, M. Novak, Kouji Segawa, Yoichi Ando
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 87 Issue: 15

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.155105

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Two types of Dirac-cone surface states on (111) surface of topological crystalline insulator SnTe2013

    • Author(s)
      Y. Tanaka, T. Shoman, K. Nakayama, S. Souma, T. Sato, T. Takahashi, M. Novak, Kouji Segawa, Yoichi Ando
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Issue: 23

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.235126

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fermiology of Strongly Spin-Orbit Coupled Superconductor Sn1-xInxTe and its Implication to Topological Superconductivity2013

    • Author(s)
      T. Sato, Y. Tanaka, K. Nakayama, S. Souma, T. Takahashi, S. Sasaki, Z. Ren, A. A. Taskin, Kouji Segawa, Yoichi Ando
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110 Issue: 20

    • DOI

      10.1103/physrevlett.110.206804

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi2Se3超薄膜の作成と高分解能ARPES2015

    • Author(s)
      君塚平太
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 (東京)
    • Year and Date
      2015-03-21
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ラシュバ金属とトポロジカル絶縁体界面における近接効果:高分解能ARPES2015

    • Author(s)
      佐藤宇史
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 (東京)
    • Year and Date
      2015-03-21
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Fe/W(110)界面におけるディラック錐への強磁性体近接効果:高分解能ARPES2015

    • Author(s)
      本間康平
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 (東京)
    • Year and Date
      2015-03-21
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi/TlBiSe2におけるトポロジカル近接効果:高分解能ARPES2014

    • Author(s)
      正満拓也
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル超伝導体候補物質Cux(PbSe)5(Bi2Se3)3mの高分解能ARPES2014

    • Author(s)
      君塚平太
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導体Tl5Te3の電子構造:高分解能ARPES2014

    • Author(s)
      田中祐輔
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-07
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属蒸着トポロジカル絶縁体のARPES:トポロジカル近接効果2014

    • Author(s)
      佐藤宇史
    • Organizer
      新学術領域研究第17回集中連携研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学 (大阪)
    • Year and Date
      2014-07-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高分解能ARPESで探るトポロジカル絶縁体の表面ディラック電子状態2014

    • Author(s)
      相馬清吾
    • Organizer
      第33回電子材料シンポジウム
    • Place of Presentation
      ラフォーレ琵琶湖 (静岡県伊豆市)
    • Year and Date
      2014-07-09 – 2014-07-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体のARPES:トポロジカル近接効果2014

    • Author(s)
      佐藤宇史
    • Organizer
      新学術領域研究第16回集中連携研究会
    • Place of Presentation
      下呂温泉木曽屋(岐阜県下呂市)
    • Year and Date
      2014-06-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体および関連物質のスピン分解ARPES2013

    • Author(s)
      佐藤宇史
    • Organizer
      新学術領域研究集中連携研究会「トポロジカル電子流体の新奇現象」
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] High-resolution ARPES study of novel topological insulators2013

    • Author(s)
      T. Sato
    • Organizer
      International workshop for young researchers on topological quantum phenomena in condensed matter with broken symmetries 2013
    • Place of Presentation
      Okinawa, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 金属蒸着TlBiSe2の電子構造:高分解能ARPES

    • Author(s)
      正満拓也
    • Organizer
      日本物理学会2013秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分解能ARPESによるトポロジカル絶縁体のフェルミ面ワーピング効果

    • Author(s)
      野村円香
    • Organizer
      日本物理学会2013秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分解能ARPESによるBi/Si(111)表面の特異な電子状態

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会2013秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカルクリスタル絶縁体(Pb, Sn)Teの電子状態:高分解能ARPES

    • Author(s)
      田中祐輔
    • Organizer
      日本物理学会2013秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル超伝導体候補物質Sn1-xInxTeの電子構造:高分解能ARPES

    • Author(s)
      佐藤宇史
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi薄膜におけるエッジ構造のスピン分解ARPES

    • Author(s)
      高山あかり
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi蒸着TlBiSe2の電子状態:高分解能ARPES

    • Author(s)
      正満拓也
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカルクリスタル絶縁体SnTeの電子構造の面方位依存性

    • Author(s)
      田中祐輔
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] 「トポロジカル量子」領域HP(日本語)

    • URL

      http://www.topological-qp.jp/

    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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