2018 Fiscal Year Annual Research Report
非共型な結晶対称性を持つ強相関物質の電子状態観測とトポロジーの解明
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18H03683
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
木村 昭夫 広島大学, 理学研究科, 教授 (00272534)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷田 博司 富山県立大学, 工学部, 准教授 (00452615)
田中 新 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (70253052)
井村 健一郎 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (90391870)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非共型空間群 / スピン・角度分解光電子分光 / ディラック線ノード半金属 / 強相関電子系 / デュアルフェルミオン法 / 高次トポロジカル絶縁体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表者の木村は、まずテラヘルツ光パルスを組み合わせた時間分解ARPESを用いて、トポロジカル絶縁体のディラック表面電子を光電場で加速する現象を直接観測することに成功した（2018年10月にNatureに掲載）。また非共型空間群をとるZrSiSやHfSiS単結晶についてSPring-8の軟X線光電子分光を行った。さらに広島大学放射光科学研究センターでスピン・角度分解光電子分光を行ったところ、それらの表面において一次元的な永久旋回型のスピンテクスチャを観測した。時間反転操作と半並進操作を組み合わせたZ2トポロジカル絶縁体として理論予測される層状反強磁性体MnBi2Te4について放射光ARPESを行ったところエネルギーギャップを持った表面バンドが観測できた。分担者の谷田は、非共型空間群をとる希土類正方晶化合物の単結晶合成のための電気炉の仕様検討を行った。分担者の田中は、強相関電子系の電子状態を記述するための理論である、デュアルフェルミオン法という方法を用いて、非共型な結晶対称性を持つ強相関系の電子状態をトポロジカルな観点から研究するための大規模な数値計算を必要としているため、ワークステーションを新規導入して計算機環境の整備を行なった。また、現在研究で用いているソフトウエアを非共型な結晶対称性を持つ系に適応するための改良とともに、準備段階として正方格子と異方的三角格子上のハバードモデルについて、その電子状態の議論を行なった。分担者の井村は、2018年度に入る少し前に現れ急速に普及した「高次トポロジカル絶縁体」という新しい概念について、産総研の中西氏、林氏、吉村氏らと直角でないコーナーに現れるコーナートポロジカル状態という観点に着目して研究を行なった。
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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
光の1周期よりも短い時間スケールで、トポロジカル絶縁体の表面ディラック電子の加速を観測した成果がNatureに掲載され注目を浴びた。分担者の田中は、2018年度にデュアルフェルミオン法の計算を非共型な結晶対称性を持つ強相関系へ適応するためのソフトウエアの開発はかなり進んだ。また、自己エネルギーの漸近的振る舞いを補正する簡便な方法を開発できたことで、電子-ホール対称性のない系についても正確な結果が得られるようになった。分担者の井村は、高次トポロジカル絶縁体に関する論文：直角でないコーナーに現れるコーナートポロジカル状態に関する論文については、現在、数値的なデータも出揃い、論文を共同研究者とまとめた。
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| Strategy for Future Research Activity |
非共型な空間群をとるディラック線ノード半金属のスピン分解ARPESによる表面やバルクバンドのスピンテクスチャの直接的観測を行う。さらには層状反磁性体のMnBi2Te4について引き続き放射光やレーザー光を用いたARPESを行なっていく。分担者の谷田は単結晶育成のための電気炉を導入し、非共型な空間群をとる希土類化合物単結晶を作成し、結晶構造や磁性を調べていく計画である。分担者の田中は、今後、デュアルフェルミオン法の計算を多軌道系へ適応するためのソフトウエアの開発をできるだけ早く完成させ、非共型な結晶対称性を持つ具体的な強相関系の計算を行う。 また、これと並行して、デュアルフェルミオン法を用いて強相関系の精密なスペクトル関数および動的スピン帯磁率の計算を行えるようにプログラムを整備し、角度分解光電子分光、中性子非弾性散等の実験結果との比較ができるようにする。分担者の井村は、高次トポロジカル絶縁体が弱いトポロジカル絶縁体を一般化した概念であり、非共型トポロジカル絶縁体もまたこれに関連していることに注目し、非共型トポロジカル絶縁体について、高次のトポロジカル現象という切り口からアプローチできないか模索する。
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[Journal Article] Magnetic impurity mediated ultra-fast electron dynamics in the carrier-density-tuned topological insulator V0.04(BixSb1－x)2Te32019
Author(s)
T. Xu, M. Wang, H. L. Zhu, W. J. Liu, T. C. Niu, A. Li, B. Gao, Y. Ishida, S. Shin, A. Kimura, M. Ye, S. Qiao
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 99
Pages: 094308/1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Dirac gap opening and Dirac-fermion-mediated magnetic coupling in antiferromagnetic Gd-doped topological insulators and their manipulation by synchrotron radiation2019
Author(s)
A. M. Shikin, D. A. Estyunin, Yu. I. Surnin, A. V. Koroleva, E. V. Shevchenko, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, T. Yoshikawa, Y. Saitoh, Y. Takeda, A. Kimura
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Pages: 4813/1-17
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Enhanced surface state protection and band gap in the topological insulator PbBi4Te4S32018
Author(s)
K. Sumida, T. Natsumeda, K. Shirai, K. Kuroda, S. Zhu, K. Taguchi, K. Miyamoto, M. Arita, J. Fujii, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, E. V. Chulkov, T. Okuda, A. Kimura
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: 2
Pages: 104201/pp.1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Subcycle observation of lightwave-driven Dirac currents in a topological surface band2018
Author(s)
J. Reimann, S. Schlauderer, C. P. Schmid, F. Langer, S. Baierl, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, A. Kimura, C. Lange, J. Guedde, U. Hoefer, R. Huber
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Journal Title
Nature
Volume: 562
Pages: 396-400
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Prolonged photo-carriers generated in a massive-and-anisotropic Dirac material2018
Author(s)
Munisa Nurmamat, Ryohei Yori, Yukiaki Ishida, Kazuki Sumida, Siyuan Zhu, Masashi Nakatake, Yoshifumi Ueda, Masaki Taniguchi, Shik Shin, Yuichi Akahama, Akio Kimura
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 8
Pages: 9073/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Signatures of in-plane and out-of-plane magnetization generated by synchrotron radiation in magnetically doped and pristine topological insulators2018
Author(s)
A. M. Shikin, A. A. Rybkina, D. A. Estyunin, D. M. Sostina, V. Yu. Voroshnin, I. I. Klimovskikh, A. G. Rybkin, Yu. A. Surnin, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, L. Petaccia, G. Di Santo, P. N. Skirdkov, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin, A. Kimura, E. V. Chulkov, E. E. Krasovskii
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 97
Pages: 245407/1-15
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic and spin structure of the wide-band-gap topological insulator: Nearly stoichiometric Bi2Te2S2018
Author(s)
E. Annese, T. Okuda, E. F. Schwier, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Natamane, M. Taniguchi, I. P. Rusinov, S. V. Eremeev, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, E. V. Chulkov, A. Kimura
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 97
Pages: 205113/1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Dirac cone intensity asymmetry and surface magnetic field in V-doped and pristine topological insulators generated by synchrotron and laser radiation2018
Author(s)
A. M. Shikin, A. A. Rybkina, D. A. Estyunin, D. M. Sostina, I. I. Klimovskikh, V. Yu. Voroshnin, A. G. Rybkin, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, L. Petaccia, G. Di Santo, A. Kimura, P. N. Skirdkov, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 8
Pages: 6544/1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] CeRu2Al10における電流誘起磁化2019
Author(s)
高力暁成, 山本将隆, 鹿内奈南, 齋藤開, 田端千紘, 日高宏之, 柳澤達也, 網塚浩, 谷田博司, 松村武, 世良正文
Organizer
日本物理学会第74回年次大会
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[Presentation] Topologically non-trivial phase change compound GeSb2Te42018
Author(s)
Munisa Nurmamat, K. Okamoto, S. Y. Zhu, T. V. Menshchikova, I. P. Rusinov, Y. Ishida, K. Miyamoto, T. Okuda, T. Miyashita, X. X. Wang, K. Sumida, E. F. Schwier, M. Ye, Z. S. Aliev, M. B. Babanly, I. R. Amiraslanov, E. V. Chulkov, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, Akio Kimura
Organizer
International workshop "Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts" (BEC2018X)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spin- and angle-resolved ARPES study on the spin and orbit texture characteristics of the surface-derived states in Dirac nodal line semimetal2018
Author(s)
X.X. Wang, J.H. Chen, M.T. Zheng, T. V. Menshchikova, I. P. Rusinov, E. F. Schwier, F. Orbanic, S.L. Wu, K. Sumida, T. Yoshikawa, K. Miyamoto, M. Nurmamat, T. Okuda, K. Shimada, M. Novak, E. V. Chulkov, A. Kimura
Organizer
International workshop "Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts" (BEC2018X)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Prolonged photocarriers generated in Black phosphorus2018
Author(s)
Munisa Nurmamat, Yukiaki Ishida, Ryohei Yori, Kazuki Sumida, Siyuan Zhu, Masashi Nakatake, Yoshifumi Ueda, Masaki Taniguchi, Shik Shin, Yuichi Akahama, Akio Kimura
Organizer
International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science (TASPEC)
Int'l Joint Research
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[Presentation] A surface photovoltage on a topological insulator2018
Author(s)
Tomoki Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, A. Kimura
Organizer
Third workshop on “Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts”
Int'l Joint Research
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