2015 Fiscal Year Research-status Report
トポロジカル絶縁体のスピンロックを支配する非弾性散乱時間のＮＭＲによる実験的決定
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15K05148
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
後藤 貴行 上智大学, 理工学部, 教授 (90215492)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邉 洋一 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (80574649)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 表面スピンテキスチャ / ＮＭＲ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、トポロジカル絶縁体薄膜の表面スピン構造についての研究をミクロプローブであるＮＭＲ及び磁化率測定を用いて行った。トポロジカル絶縁体試料は、東北大との共同研究により作製した、テトラジマイト構造Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５ＴｅＳｅ２単結晶を用いた。これについて、磁化率・磁化曲線の測定を行った。この実験は、別のプロジェクトにおいてトポロジカル絶縁体表面内で完全偏極しているスピン構造を捉えるための準備として、ミュオンサイトの超微細結合定数を求めるためものである。
ミュオン実験では、薄膜に平行に横磁場（ＴＦ）を印加し、ＴＦに平行・反平行に向いたスピン流の時間反転対称性を破り、面に垂直なキャントを引き出し、これをミュオンの時間スペクトルの変化で検出する。しかしながら、ミュオンのエネルギーを表面トポロジカル層に停止させるほど小さく（～１ｋｅＶ程度）に下げると、さまざまなアーチファクトが発生し、緩和率や内部磁場が変化してしまう。
そこで、トポロジカル絶縁体に面平行磁場印加によってどの程度のキャント超微細場がミュオンサイトに発生するかを推定することが肝要となる。このため、ミュオンサイトの超微細結合定数を磁化率と横磁場ミュオン回転周波数の温度依存性をスケール、すなわち、いわゆるＫ－χプロットをすることで、超微細結合定数（Ｔ／μＢ）を求められる。
磁化率は、キュリー成分とＢｉの半金属的バンド構造を反映した強い反磁性の和として観測され、現在、解析中である。さらに、スピン構造を検出する実験はＮＭＲ（ＮＱＲ）によっても行うことが出来るため、Ｂｉ核、Ｔｅ核のＮＭＲ信号の検出についても現在、進行中である。
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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
ミュオンサイトの超微細結合定数を求めるためには、試料のマクロ磁化とミクロ測定によるシフトの両方の温度依存性を測定する必要がある。このうち、前者については既に８Ｔまでの磁場域、２－３００Ｋまでの温度域で測定済であり、解析を行っている。後者については、横磁場μＳＲの温度変化測定を、数ｋＯｅ以上の強磁場で行う必要があり、この実験は、日本・英国のパルスミュオン施設では不可能で、スイスかカナダのＣＷミュオンを用いて行う必要がある。この申請を現在行っているところである。
また、ＮＭＲ測定についても現在、準備中であり、予備実験として、ターゲットと同じＢｉを含んだ銅酸化物高温超伝導体の単結晶試料の測定を行い、信号が観察されることを確認した。今後、ターゲット試料について測定する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度、ＰＳＩ施設へのビームタイム申請を行い、強磁場下での横磁場μＳＲ実験を行う。横磁場ミュオン回転周波数の温度依存性を測定し、磁化率の温度依存性とスケールさせることによって、ミュオンサイトの超微細結合定数を決定する。
これにより、表面スピンがどの程度の角度でキャントすれば検出可能になるかが評価できるので、その結果を理論にフィードバックし、検出可能性を吟味する。
同時に、Ｂｉ／Ｔｅ核のＮＭＲスペクトル測定を行い、ナイトシフトの温度依存性から、両核の超微細結合定数を求める。これにより、零磁場ＮＱＲにわずかに面平行磁場を印加した際のスピンキャントを用いて、μＳＲと同様な実験が行えるかどうかを吟味する。
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| Causes of Carryover |
仙台（東北学院大）で行われた、日本物理学会への参加旅費（５名）に関して、現地での地下鉄利用の申請が年度内に間に合わず、自費支払となったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、国際会議へ二回参加予定であり、うち一回は大学院生も参加するため、当初の見通しより、支出額が多くなることが予想される。その分へ充当する予定。
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[Journal Article] Low-energy μSR Study on the Tetradymite Topological Insulator Bi1.5Sb0.5TeSe2015
Author(s)
Takayuki Goto, Kazuki Matsui, Tadashi Adachi, Tomi Ohtsuki, Ngoc Han Tu, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki, Isao Watanabe, Zaher Salman, Andreas Suter, Thomas Prokscha
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Journal Title
Physics Procedia Volume
Volume: 75
Pages: 100-105
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Low-energy SR study on the tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe22015
Author(s)
Takayuki Goto, Kazuki Matsui, Tadashi Adachi, Tomi Ohtsuki, Ngoc Han Tu, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki, Isao Watanabe, Zaher Salman, Andreas Suter and Thomas Prokscha
Organizer
20th International Conference on Magnetism ICM2015
Place of Presentation
Palau de Congress de Catalunya（Barcelona, Spain）
Year and Date
2015-07-05 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
