Spin-orbital entanglement and photo-excited dynamics investigated by laser photoemission spectroscopy

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K14319
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kuroda Kenta 東京大学, 物性研究所, 助教 (00774001)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: スピン軌道相互作用 / スピン分解光電子分光 / レーザー / スピントロニクス / 表面・界面物性 / 超高速

Outline of Final Research Achievements

Spin-orbit coupling in matter is a key for recent development of spintronics to generate spin-polarized electrons related to band topology as well as control the electron’s spin. In this work, we use ARPES-based techniques to search new material phases induced by strong spin-orbit coupling, and methodologies to control its spin properties. Consequently, we have newly discovered weak topological insulator phase and Weyl magnet, and established a sophisticated way to determine topological phase diagram experimentally. Moreover, by a combination of spin-resolved ARPES with polarization-variable laser, we have opened a pathway to optically control electron’s spin through the spin-orbit entanglement in solid states .

Free Research Field

スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は ARPES や スピン分解 ARPES 測定の光源をレーザーや放射光、そして励起光をうまく選択する事でトポロジカル相図の決定、さらには光スピン制御の実証まで行ったものであり、バンド分散の形状やスピン偏極度の大きさを語るだけに留まった従来の測定に比べて一線を画す。スピン分解 ARPES においては、光スピン制御の微視的機構としてスピン干渉の直接観測に成功した。この結果は、物性研究の実験ツールとしてARPES 法の新しい利用価値を示したものである。本研究で解明したスピン干渉効果を利用して、光でスピンを制御するスピントロニクス、「光スピントロニクス」の可能性を提案できたと考えている。