分子ナノアーキテクトニクスによる低次元量子スピン系の構築と新奇量子物性の開拓

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 26110507
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 靖雄 東京大学, 物性研究所, 助教 (10589790)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: STM / 分子磁性 / 量子スピン系 / 走査トンネル顕微鏡 / 極低温

Outline of Annual Research Achievements

そのスピンを古典的なベクトルとして扱うことができない低次元量子スピン系は、これまで化学的手法によるバルク物質とバルク測定手法がその主な研究舞台だった。これに対し、本研究では、金属表面に磁性分子を物理吸着させたヘテロシステムと分子マニピュレーションを用いて、低次元量子スピン系を構築し、スピン偏極走査トンネル顕微鏡（STM）による局所スピン観測と、局所磁化測定を通して、その興味深い量子物性を解明し、さらに新たな量子物性の開拓を目指すことが本研究の目的である。具体的には、S＝１の量子スピンを持つ酸素分子をAg(111)の清浄表面に吸着させて行った。
前年度までに、低温吸着により物理吸着酸素分子膜の観察に成功した。本年度は、更にその酸素分子薄膜の格子構造の詳細を調べた。酸素分子薄膜は、歪んだ三角格子の構造を持っているが、詳細な測定による実空間イメージとその2次元フーリエ変換像から、三角格子が単純な二等辺三角形ではなく、三つの辺がすべて異なる不等辺三角形であることが明らかにされた。この構造は、ファンデルワールス力とスピン間の相互作用を考慮したモンテカルロ計算によって非常に良く再現され、この構造が格子の歪みを伴う反強磁性秩序に起因していることが明らかになった。更に、酸素分子膜上でのトンネル分光測定による電子状態の観察からは、近藤効果に起因するフェルミエネルギー近傍の異常は見られなかった。そのため、Ag(111)上に物理吸着された酸素分子は、そのスピンを保ったS=1の２次元量子スピン系が実現していることを明らかにした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct visualization of surface phase of oxygen molecules physisorbed on Ag(111) surface: A two-dimensional quantum spin system (2016)
  • Author(s): Shunji Yamamoto, Yasuo Yoshida, Hiroshi Imada, Yousoo Kim, and Yukio Hasegawa
  • Journal Title: Physical Review B, Rapid communications Volume: 93 Issue: 8 Pages: 081408-081408
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.081408
  • NAID: 130006246705
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spin-sensitive shape asymmetry of adatoms on noncollinear magnetic substrates (2016)
  • Author(s): D. Serrate, Y. Yoshida, M. Moro-Lagares, A. Kubetzka, and R. Wiesendanger
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 93 Issue: 12 Pages: 125424-125424
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.125424
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental verification of the rotational sense and type of chiral spin spiral structure by spin-polarized scanning tunneling microscopy (2016)
  • Author(s): Masahiro Haze, Yasuo Yoshida, Yukio Hasegawa
  • Journal Title: Arxiv Volume: 1604.01123 Pages: 1-5
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electronic and magnetic effects of a stacking fault in cobalt nanoscale islands on the Ag (111) surface (2015)
  • Author(s): Keiji Doi, Emi Minamitani, Shunji Yamamoto, Ryuichi Arafune, Yasuo Yoshida, Satoshi Watanabe, Yukio Hasegawa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 92 Issue: 6 Pages: 064421-064421
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.064421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] バルクCr探針を用いたW(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM/STS 観察 (2015)
  • Author(s): 土師将裕, 吉田靖雄, 長谷川幸雄
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 36 Pages: 403-407
  • NAID: 130005093821
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] バルクCr探針を用いたW(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM/STS観察 (2015)
  • Author(s): 土師将裕、吉田靖雄、長谷川幸雄
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 未定
  • NAID: 130005093821
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy of picene thin films formed on Ag(111) (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida; Hung-Hsiang Yang; Hsu-Sheng Huang; Shu-You Guan; Susumu Yanagisawa; Takuya Yokosuka; Minn-Tsong Lin; Wei-Bin Su; Chia-Seng Chang; Germar Hoffmann; Yukio Hasegawa
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 141 Issue: 11 Pages: 1147011-8
  • DOI: 10.1063/1.4894439
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Unusual Magnetic Ordering Observed in Nanosized S = 1/2 Quantum Spin System (CH3) 2NH2CuCl 3 (2014)
  • Author(s): Yuji Inagaki, Yasutaka Sakamoto, Hiroki Morodomi, Tatsuya Kawae, Yasuo Yoshida, Takayuki Asano, Kohei Hosoi, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa, Yoshitami Ajiro, and Yuji Furukawa
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 83 Issue: 5 Pages: 54716-54716
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.054716
  • NAID: 210000133093
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 面内強磁場印加型の超低温STMの開発 (2016)
  • Author(s): 蛯沢貴，土師将裕，吉田靖雄，河江達也，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] スピン偏極STMを用いたW(110)上のMn薄膜のらせん磁気構造のカイラリティの評価 (2016)
  • Author(s): 土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Ag(111)表面に物理吸着した酸素分子の磁性 (2016)
  • Author(s): 山本駿玄, 吉田靖雄, 今田裕, 金有洙, 長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and surface-induced magnetism in CeCoIn5 (2016)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim,Chi-Cheng Lee, Hsin Lin, Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Zachary Fisk, Yukio Hasegawa
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2016
  • Place of Presentation: Baltimore convention center (USA)
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] Chirality evaluation of spin spiral in Mn thin film on W(110) (2016)
  • Author(s): Masahiro Haze, Yasuo Yoshida and Yukio Hasegawa
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2016
  • Place of Presentation: Baltimore convention center (USA)
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] Direct Visualization of Surface Phase of Oxygen Molecules Physisorbed on Ag(111) surface: A Two-dimensional Quantum Spin System (2016)
  • Author(s): S. Yamamoto, Y. Yoshida, H. Imada, Y. Kim, Y. Hasegawa
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2016
  • Place of Presentation: Baltimore convention center (USA)
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] スパースモデリングを用いた走査トンネル分光測定の高速化・高精度化 (2016)
  • Author(s): 中西（大野）義典，土師将裕，吉田靖雄，福島孝治，長谷川幸雄，岡田真人
  • Organizer: 新学術領域研究「疎性モデリング」2015年度公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-03-07
• [Presentation] Compressed sensing for e ffi cient measurements of quasiparticle interference using scanning tunneling microscopy / spectroscopy (2015)
  • Author(s): Masahiro Haze, Yoshinori Nakanishi-Ohno, Yasuo Yoshida, Koji Hukushima, Masato Okada and Yukio Hasegawa
  • Organizer: International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science” (HD3-2015)
  • Place of Presentation: メルパルク京都（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ag(111)表面に物理吸着した酸素分子の構造と電子状態 (2015)
  • Author(s): 山本駿玄, 吉田靖雄, 今田裕, 金有洙, 長谷川幸雄
  • Organizer: 表面科学会第35回学術講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] スピン偏極STMを用いたW(110)上の二層Mn薄膜のらせん磁気構造のカイラリティの評価 (2015)
  • Author(s): 土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 表面科学会第35回学術講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] スパースモデリングを用いた走査トンネル分光測定の高速・高精度化 (2015)
  • Author(s): 土師将裕，中西（大野）義典，吉田靖雄，福島孝治，岡田真人，長谷川幸雄
  • Organizer: 表面科学会第35回学術講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Real space observation of surface-induced d-orbital ordering in heavy fermion superconductor CeCoIn5 (2015)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 表面界面スペクトロスコピー2015
  • Place of Presentation: 国立女性教育会館（埼玉県比企郡嵐山町）
  • Year and Date: 2015-11-26
• [Presentation] CeB6の劈開表面における低温STM/STS観察 (2015)
  • Author(s): 土師将裕，吉田靖雄，伊賀文俊，鈴木博之，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 統計的手法を用いたSTS測定の高速化 (2015)
  • Author(s): 中西（大野）義典，土師将裕，吉田靖雄，福島孝治，長谷川幸雄，岡田真人
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] スピン偏極STMを用いたW(110)上の二層Mn薄膜のらせん磁気構造のカイラリティの評価 (2015)
  • Author(s): 土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Ag(111)表面に物理吸着した酸素分子の構造と電子状態 (2015)
  • Author(s): 山本駿玄, 今田裕, 吉田靖雄, 金有洙, 長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeCoIn5劈開表面における超伝導および磁性の可視化 (2015)
  • Author(s): 吉田靖雄, Howon Kim, Chi-Cheng Lee, Hsin Lin, 芳賀芳範, 立岩尚之, Zachary Fisk, 長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Direct visualization of solid phase of oxygen molecules physisorbed on the Ag(111) surface (2015)
  • Author(s): S. Yamamoto, H. Imada, Y. Yoshida, Y. Kim, Y. Hasegawa
  • Organizer: International Workshop on Molecular Architectonics 2015
  • Place of Presentation: 知床グランドホテル北こぶし（北海道斜里郡斜里町）
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 積層欠陥がCoナノアイランドの磁気異方性と電子状態に及ぼす影響 (2015)
  • Author(s): 吉田靖雄、南谷英美、土居啓司、山本駿玄、荒船竜一、渡邊聡、長谷川幸雄
  • Organizer: 物性研究所短期研究会「反応と輸送」
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-06-24
• [Presentation] Real-space observations of superconducting and magnetic properties of the heavy fermion superconductor CeCoIn5 (2015)
  • Author(s): Yasuo Yoshida
  • Organizer: Spins at surfaces
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-06-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CeCoIn5のCeIn面における超伝導ギャップ内残留状態密度のサイト依存性 (2015)
  • Author(s): 吉田靖雄，Howon Kim，芳賀芳範，立岩尚之，鈴木通人，Robert Peters, 有田亮太郎、Zachary Fisk，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-22
• [Presentation] W(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM観察 (2015)
  • Author(s): 土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Ag(111)表面上のCoナノアイランドにおけるモアレ形状と磁気異方性の関係 (2015)
  • Author(s): 南谷英美，吉田靖雄，長谷川幸雄，渡邉聡
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Visualization of superconductiveity and magnetism in a heavy Fermion superconductor CeCoIn5 (2015)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim, Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Michi-to Suzuki, Robert Peters, Ryotaro Arita, Chi-Cheng Lee, Hsin Lin, Zachary Fisk, Yukio Hasegawa
  • Organizer: 九州大学量子ナノスピン物性研究センター研究会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-02-06
  • Invited
• [Presentation] Real space observation of oxygen molecules absorbed on Ag(111) by scanning tunneling microscopy (2015)
  • Author(s): Shunji Yamamoto, Yasuo Yoshida, Yukio Hasegawa
  • Organizer: Symposium on Surface and Nano Science
  • Place of Presentation: 新富良野プリンスホテル（北海道富良野市）
  • Year and Date: 2015-01-14
• [Presentation] Nanoscale magnetometry on single cobalt atoms and cobalt nano structures on surfaces by spin-resolved scanning tunneling microscopy (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida
  • Organizer: Riken seminar
  • Place of Presentation: 理化学研究所、和光本所（埼玉県和光市）
  • Year and Date: 2014-12-22
  • Invited
• [Presentation] 極低温走査トンネル顕微鏡を用いた物性物理学実験へのスパースモデリングの適用 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄、土師将裕、中西（大野）義典、福島孝治、岡田真人、長谷川幸雄
  • Organizer: スパースモデリング公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-12-15
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and site dependent in-gap residual density of state in CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim, Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Michi-To Suzuki, Zachary Fisk, Yukio Hasegawa
  • Organizer: ICSPM22
  • Place of Presentation: 熱川ハイツ（静岡県賀茂郡）
  • Year and Date: 2014-12-11
• [Presentation] Ag (111)表面における芳香族分子ピセンの薄膜成長と低温STM観察 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄, H. H. Yang, H. S. Huang, S. Y. Guan, 柳澤将, 横須賀拓也, M. T. Lin, W. B. Su, G. Hoffmann, and 長谷川幸雄
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2014-11-24
• [Presentation] スピンを見る顕微鏡ースピン偏極STMと表面磁性 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 第五回表面科学勉強会
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2014-11-15
  • Invited
• [Presentation] Ag(111)表面上に低温吸着した酸素分子のSTM観察 (2014)
  • Author(s): 山本駿玄，土師将裕，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 第34回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-11-07
• [Presentation] バルクCr探針を用いたW(110)上のMn薄膜のスピン偏極STM観察 (2014)
  • Author(s): 土師将裕，山本駿玄，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 第34回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-11-07
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and site dependent in-gap residual density of state in CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): Y. Yoshida, H. Kim, Y. Haga, N. Tateiwa, M. Suzuki, Z. Fisk, Y. Hasegawa
  • Organizer: 59th Annual conference on magnetism and magnetic materials
  • Place of Presentation: Hawaii（USA）
  • Year and Date: 2014-11-03
• [Presentation] Nanoscale magnetometry on Cobalt nano-islands on Ag(111) (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Keiji Doi, Emi Minamitani, Shunji Yamamoto, Satoshi Watanabe, Yukio Hasegawa
  • Organizer: VASSCAA-7
  • Place of Presentation: Hsinchu（Taiwan）
  • Year and Date: 2014-10-05
  • Invited
• [Presentation] Ag(111)表面上のCo薄膜におけるモアレ構造と磁性の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 南谷英美，吉田靖雄，長谷川幸雄，渡邉聡
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-19
• [Presentation] W(110)上のMn薄膜を用いたスピン偏極STM用バルクCr探針の評価 (2014)
  • Author(s): 土師将裕，山本駿玄，吉田靖雄，長谷川幸雄
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] Nanoscale magnetometry on Cobalt nano-islands on Ag(111) (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Keiji Doi, Emi Minamitani, Shunji Yamamoto, Satoshi Watanabe, Yukio Hasegawa
  • Organizer: SP-STM05
  • Place of Presentation: Ohio（USA）
  • Year and Date: 2014-07-15
• [Presentation] スピンを見る顕微鏡 (2014)
  • Author(s): 吉田靖雄
  • Organizer: 東邦大学物理学科コロキウム
  • Place of Presentation: 東邦大学習志野キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2014-06-28
  • Invited
• [Presentation] Visualization of Ce atoms and site dependent superconducting properties in CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): Yasuo Yoshida, Howon Kim,Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Michi-To Suzuki, Zachary Fisk Yukio Hasegaw
  • Organizer: International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • Place of Presentation: Antalya（Turkey）
  • Year and Date: 2014-05-01
• [Presentation] Spin-dependent friction observed on the atomic scale by using atomic manipulation and spin-polarized scanning tunneling microscopy (2014)
  • Author(s): YASUO YOSHIDA
  • Organizer: International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • Place of Presentation: Antalya（Turkey）
  • Year and Date: 2014-04-27
• [Remarks]
  • URL: http://hasegawa.issp.u-tokyo.ac.jp/hasegawa/Welcome/entori/2016/2/17_shan_ben_junno_wu_li_xi_zhe_suan_su_fen_zide_liang_zisupin_xiwo_zuoru_mengheno_di_yi_butonaru_lun_wenga_chu_bansaremashita.html
• [Remarks]
  • URL: http://hasegawa.issp.u-tokyo.ac.jp/hasegawa/Welcome/entori/2015/8/25_tu_jukunnosupin_pian_jiSTMno_shi_yan_jie_guogaPRBni_chu_bansaremashita.html
• [Remarks]
  • URL: http://hasegawa.issp.u-tokyo.ac.jp/hasegawa/Welcome/entori/2015/8/14_zhang_gu_chuan_yan_chunosupin_pian_jiSTMno_lun_wenga_chu_bansaremashita.html