ルテニウム酸化物超伝導体のバルク・表面における電子・スピン状態の解明

• Project Area: Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
• Project/Area Number: 25103717
• 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: Hiroshima University
• Principal Investigator: 岩澤 英明 広島大学, 放射光科学研究センター, 助教 (90514068)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2014: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2013: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: ルテニウム酸化物 / スピン三重項超伝導 / 角度分解光電子分光 / スピン分解光電子分光 / 強相関電子系

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、トポロジカル超伝導体として期待されるルテニウム酸化物超伝導体（Sr2RuO4）の電子・スピン状態を明らかにし、スピン三重項超伝導の表面・界面で起こりうる新奇量子現象を理解するための基盤を形成することを目的とする。
近年、角度分解光電子分光（ARPES）を用いたSr2RuO4の電子状態の研究では、表面状態と予測される新しい電子状態が観測され、注目を集めている。その起源としては、ラシュバ効果、表面下層の電子状態が挙げられているが、コンセンサスが得られていない。また、Sr2RuO4では強磁性・反強磁性磁気揺らぎの存在が中性子散乱で報告されているが、磁気揺らぎに由来したバンド構造の折れ曲がり（キンク構造）をARPESで観測した例も、フェルミ面のスピン状態を決定した例もない。本研究では（１）表面電子状態の起源の解明、（２）磁気揺らぎを媒介としたキンク構造の検証、さらには（３）Sr2RuO4の電子状態だけではなくスピン構造を明らかにすることを目的として、高分解能ARPES測定および高分解能スピン分解ARPES測定を行った。
その結果、新しい表面電子バンドに関しては、表面層に由来する表面再構成バンドよりも経時変化が著しく、表面下層の電子状態による解釈が難しいことがわかった。また、高分解能ARPES測定から、磁気揺らぎの存在する低エネルギー領域（10meV以下）にキンク構造が存在することが示唆された。今後、酸素同位体効果も含めて、キンク構造の起源の同定を行う予定である。また、高分解能スピン分解ARPES測定からは、バルクの電子状態において、面内のスピン偏極度の観測に成功した。この結果は、スピン・軌道相互作用による解釈が難しいことから、その起源に関して更なる検証が必要である。さらに、本新学術領域メンバーと新たに共同研究を開始し、その準備を着実に進めることが出来た。

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。

Research Products

• [Journal Article] Electronic structure of heavy fermion caged-compound Ce3Pd20X6 (X = Si, Ge) studied by photoelectron spectroscopy (2015)
  • Author(s): Hitoshi Yamaoka, Eike F. Schwier, Masashi Arita, Kenya Shimada, Naohito Tsujii, Ignace Jarrige, Jian Jiang, Hirokazu Hayashi, Hideaki Iwasawa, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, and Hideaki Kitazawa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Issue: 11 Pages: 115139-115139
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.115139
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural and electronic properties of manganese-doped Bi2Te3 epitaxial layers (2015)
  • Author(s): J. Ruzicka, O. Caha, V. Holy, H. Steiner, V. Volobuiev, A. Ney, G. Bauer, T. Duchon, K. Veltruska, I. Khalakhan, V. Matolin, E. F. Schwier, H. Iwasawa, K. Shimada, G. Springholz
  • Journal Title: New Journal of Physics Volume: 17 Issue: 1 Pages: 013028-013028
  • DOI: 10.1088/1367-2630/17/1/013028
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Occupied and Unoccupied Electronic Structure of Na doped MoS2(0001) (2014)
  • Author(s): Takashi Komesu, Duy Le, Xin Zhang, Quan Ma, Eike F. Schwier, Yohei Kojima, Mingtian Zheng, Hideaki Iwasawa, Kenya Shimada, Masaki Taniguchi, Ludwig Bartels, Talat Rahman and P. A. Dowben
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 105 Issue: 24
  • DOI: 10.1063/1.4903824
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Symmetry Resolved Surface-Derived Electronic Structure of MoS2(0001) (2014)
  • Author(s): Takashi Komesu, Duy Le, Quan Ma, Eike F. Schwier, Yohei Kojima, Mingtian Zheng, Hideaki Iwasawa, Kenya Shimada, Masaki Taniguchi, Ludwig Bartels, Talat Rahman and P. A. Dowben
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 26 Issue: 45 Pages: 455501-455501
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/45/455501
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evidence of coexisting Kondo screening and valence fluctuations in the CePd7/Pd(001) surface alloy (2014)
  • Author(s): M. Mulazzi, K. Shimada, J. Jiang, H. Iwasawa, F. Reinert
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Issue: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.205134
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetry-protected surface state on Mo(112) (2014)
  • Author(s): Keisuke Fukutani, Hirokazu Hayashi, Thomas T. Scott, Yorito Nagata, Taiki Horike, Jian Jiang, Hideaki Iwasawa, Kenya Shimada, Yaroslav B. Losovyj, and Peter A. Dowben
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 26 Issue: 15 Pages: 155501-155501
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/15/155501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Many-body interactions and Rashba splitting of the surface state on Cu(110) (2014)
  • Author(s): Jiang, J，Tsirkin, SS，Shimada, K,Iwasawa, H，Arita, M,Anzai, H，Namatame, H，Taniguchi, M，Sklyadneva, IY，Heid, R，Bohnen, KP，Echenique, PM，Chulkov, EV,
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 89 Issue: 8 Pages: 85404-85404
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.085404
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Large momentum-dependence of the main dispersion 'kink' in the high-T-c superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+delta (2013)
  • Author(s): Plumb, NC, Reber, TJ, Iwasawa, H , Cao, Y, Arita, M, Shimada, K, Namatame, H, Taniguchi, M, Yoshida, Y , Eisaki, H , Aiura, Y, Dessau, DS
  • Journal Title: NEW JOURNAL OF PHYSICS Volume: 15 Issue: 11 Pages: 113004-113004
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/11/113004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 'True' bosonic coupling strength in strongly correlated superconductors (2013)
  • Author(s): Iwasawa, H,Yoshida, Y,Hase, I , Shimada, K,Namatame, H,Taniguchi, M,Aiura, Y
  • Journal Title: SCIENTIFIC REPORTS Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1930-1930
  • DOI: 10.1038/srep01930
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of Tunable VUV-laser-based μ-ARPES System at HiSOR (2015)
  • Author(s): H. Iwasawa, E. F. Schwier, M. Arita, Y. Aiura, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi
  • Organizer: International workshop on strong correlations and angle-resolved photoemission spectroscopy, CORPES15
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2015-07-05 – 2015-07-10
• [Presentation] High-resolution spin-resolved ARPES study on Sr2RuO4 (2015)
  • Author(s): H. Iwasawa
  • Organizer: Quantum in Complex matter: Superstripes 2015
  • Place of Presentation: Ischia, Italy
  • Year and Date: 2015-06-13 – 2015-06-18
  • Invited
• [Presentation] Current Status of Tunable VUV-laser-based μ-ARPES System at HiSOR (2015)
  • Author(s): H. Iwasawa, E. F. Schwier, M. Arita, Y. Aiura, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi
  • Organizer: The 19th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2015-03-05 – 2015-03-06
• [Presentation] High-resolution spin-resolved ARPES study on Sr2RuO4 (2014)
  • Author(s): H. Iwasawa, K. Miyamoto, T. Okuda, Y. Yoshida, I. Hase, A. Kimura, H. Namatame, M. Taniguchi, Y. Aiura
  • Organizer: The International Conference on Topological Quantum Phenomena (TQP2014)
  • Place of Presentation: Shimane, Japan
  • Year and Date: 2014-12-16 – 2014-12-20
• [Presentation] Rotatable High-Resolution ARPES System at HiSOR: Development of Quick Fermi Surface Mapping (2014)
  • Author(s): H. Iwasawa, K. Shimada, E. F. Schwier, M. Zheng, Y. Kojima, Y. Aiura, H. Namatame, M. Taniguchi
  • Organizer: The 7th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: Shimane, Japan
  • Year and Date: 2014-11-02 – 2014-11-06
• [Presentation] 高分解能光電子分光による強相関電子系における多体相互作用の研究 (2014)
  • Author(s): 岩澤英明
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会（領域５若手奨励賞受賞記念講演）
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Invited
• [Presentation] ARPESによる自己エネルギー導出方法の検討： Sr2RuO4における多体相互作用の定量評価 (2014)
  • Author(s): 岩澤英明、吉田良行、長谷泉、島田賢也、生天目博文、谷口雅樹、相浦義弘
  • Organizer: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島国際会議場
• [Presentation] Spin-resolved ARPES study in Sr2RuO4 (2013)
  • Author(s): H. Iwasawa, K. Miyamoto, T. Okuda, Y. Yoshida, I. Hase, A. Kimura, H. Namatame, M. Taniguchi, Y. Aiura
  • Organizer: 「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」 第4回領域研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Spin-resolved ARPES study in Sr2RuO4 (2013)
  • Author(s): H. Iwasawa, K. Miyamoto, T. Okuda, Y. Yoshida, I. Hase, A. Kimura, H. Namatame, M. Taniguchi, Y. Aiura
  • Organizer: International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries 2013
  • Place of Presentation: カルチャーリゾート フェストーネ、沖縄
• [Presentation] Doping-dependence of High-energy Anomaly in Band Dispersion in YBa2Cu3Oy (2013)
  • Author(s): H. Iwasawa, T. Masui, S. Tajima, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, Y. Aiura
  • Organizer: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2013)
  • Place of Presentation: 東京大学
• [Presentation] True bosonic coupling strength evaluated by ARPES in strongly correlated electron systems (2013)
  • Author(s): H. Iwasawa, Y. Yoshida, I. Hase, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, Y. Aiura
  • Organizer: International workshop on Strong correlations and angle-resolved photoemission spectroscopy (CORPES13)
  • Place of Presentation: Hamburg, Germany
• [Presentation] ルテニウム酸化物超伝導体のバルク・表面における 電子・スピン状態の解明 (2013)
  • Author(s): 岩澤英明
  • Organizer: 「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」 第 11 回 集中連携研究会「時間反転対称性を破る超伝導体の新奇界面現象」
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] Electron correlation effects in Sr2RuO4 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2013)
  • Author(s): H. Iwasawa
  • Organizer: Quantum in complex matter: Superconductivity, Magnetism, Ferroelectrocity (Superstripes 2013)
  • Place of Presentation: Ischia, Italy
  • Invited
• [Book] 放射光（放射光光電子分光によるRu酸化物超伝導体における電子状態） (2013)
  • Author(s): 岩澤英明、相浦義弘
  • Total Pages: 51
  • Publisher: 日本放射光学会