Surface spin polarization of Dirac-Fermion systems observed by spin-polarized positron beam

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K19061
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: Kawasuso Atsuo 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (20354946)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 陽電子 / ポジトロニウム / スピン / グラフェン / トポロジカル絶縁体 / ディラック電子

Outline of Final Research Achievements

We observed the topmost surface spin polarizations of graphene/Co, Ni, Fe and CFGG systems and the topological insulators, Bi2Se3 and Bi2Te3, upon DC application. We found that (i) a sufficient spin polarization is induced on graphene/Co and Ni, while the Dirac state is severly destroyed, (ii) less spin polarization is induced on graphene/CFGG, while the Dirac state is well maintained, (iii) the spin polarization on the topological insulator surface is less than 0.1%, i.e., very low.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

単原子層物質であるグラフェンは、スピントロニクス分野において精力的に研究されている。通電下にあるトポロジカル絶縁体の表面には高いスピン偏極が誘起されると考えられており、これもスピントロニクスや量子テクノロジーで有望視されている。本研究で知り得た事実は、強磁性金属にグラフェンを接合して高いレベルのスピンを注入しようとすると本来のディラック電子状態が破壊されるというものであり、これは基礎研究のみならず応用上も重要な知見である。また、トポロジカル絶縁体表面には、夢のような高スピン偏極状態は実現していないという事実は、応用を進める上では真剣に考えられなければならない。