2020 Fiscal Year Annual Research Report
Superconductivity and spin-orbit interaction in atomically thin films studied by ARPES
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17H01139
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 宇史 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (10361065)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
相馬 清吾 東北大学, スピントロニクス学術連携研究教育センター, 准教授 (20431489)
中山 耕輔 東北大学, 理学研究科, 助教 (40583547)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原子層薄膜 / スピン軌道相互作用 / ディラック電子 / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である本年度は、原子層高温超伝導体やスピン軌道相互作用に由来した特異な電子構造を持つ新奇原子層物質を開拓することを目的として、装置全体の調整や新奇原子層物質の薄膜作製とその電子状態決定を行い、本研究全体を総括した。以下では、本年度の主な研究成果について述べる。
分子線エピタキシー(MBE)法により、ファンデルワールス強磁性体Cr2Si2Te6(CST)の上にトポロジカル絶縁体Bi2Se3薄膜を作製し、その電子状態をARPESによって調べた結果、Bi2Se3の膜厚が6 quintuple layer (QL)の場合は表面ディラック電子にCST基板からの影響は見られないものの、2QLの薄膜では、Si(111)のBi2Se3に比べてディラック点のエネルギーとギャップサイズに顕著な差異があることを見出した。このことから、界面を通したバンド混成の重要性を明らかにした。
MBE法によりSi上にBi(111)薄膜を作製し、低エネルギー光を用いてバンド構造の温度変化を測定した結果、量子井戸準位およびラシュバ表面状態のバンド構造が劇的な温度変化を示すことを明らかにした。第一原理計算との比較により、この温度変化は表面第1層のBiバイレイヤの層間距離が温度によって変化するために生じると結論した。この結果は、バンド構造の温度変化によって結晶格子と電子構造の関わりを調べる新たな方法を提案するものである。
MBE法により6QLのBi2Se3上にnQLのBi2Te3を作製し、その電子構造を系統的に調べた結果、n=0において過剰に電子ドープされたトポロジカル状態が、nの増加によって低結合エネルギー側にシフトし、フェルミ面がより強いワーピング効果を示すことを見出した。この結果は、ディラック電子制御を実現するためにトポロジカル絶縁体どうしの積層構造を利用するという新しい方法を提案するものである。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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