Study of electronic and spin structure in B20-type 3d transition metal monosilicide

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K03519
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 有田 将司 広島大学, 技術センター, 技術専門職員 (20379910)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 近藤半導体 / 電子相関 / トポロジカル物質

Outline of Annual Research Achievements

ディラック半金属やワイル半金属など、ある種の対称性を有する系やその対称性が破れた系で発現する特異な電子・スピン構造に注目が集まっている。3d遷移金属モノシリサイドMSi(M=Mn、Fe、Co)は、長年、物性研究がなされているが、本研究では、MSiの電子・スピン構造を位相や次元性、また対称性、表面といった新しい観点から詳細に調べ、これまでの物性研究の結果と比較することで、この物質系での新しい物理的知見を得ることを目的とし、研究実績のあるFeSiに注目して実験を進めている。本年度は、FeSiを機械研磨とアニールによる(001)方向での清浄表面作成を行い、スピン分解・角度分解光電子分光（Spin-ARPES）実験を行うことができた。昨年度までの垂直放出の励起エネルギー測定によりkz分散を得ることができ、ブリルアンゾーン高対称線Γ-X、X-Mが測定できる励起エネルギーが分かったため、測定時間が長いSpin-ARPES測定ではあるが、選択的に測定を行うことができた。測定は、入射面内とΓ-X方向を合わせ、入射面内に放出される光電子の角度とスピン方向を検出する配置で行った。
その結果、価電子帯頂上、Γ点周辺のバンドについて、少なくとも試料表面の面内スピンが偏極している様子が観測された。スピンの成分は、測定配置の制限により正確な決定はできないが、Γ-X方向に垂直方向の成分を持ち、向きは、Γ点を挟み、運動量±kにおいて反転する傾向にあることが分かった。
薄膜作製については、Si[111]面上にMnとCoを蒸着し、アニールを行ったが、RHEED像が得られる原子秩序を持った薄膜は、得ることができなかった。そのため、MnSi、CoSiについてFlux法による単結晶を作成を試み、1.5mm角程度の単結晶を得ることに成功した。機械研磨による清浄表面を得ることも成功した。

Research Products

• [Journal Article] Experimental observation of Dirac cones in artificial graphene lattices (2020)
  • Author(s): S. Yue, H. Zhou, D. Geng, Z. Sun, M. Arita, K. Shimada, P. Cheng, L. Chen, S. Meng, K. Wu and B. Feng
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 201401/5p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.201401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Superconductivity and Fermi-surface nesting in the candidate Dirac semimetal NbC (2020)
  • Author(s): D. Yan, D. Geng, Q. Gao, Z. Cui, C. Yi, Y. Feng, C. Song, H. Luo, M. Yang, M. Arita, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, L. Zhao, K. Wu, H. Weng, L. Chen, X. J. Zhou, Z. Wang, Y. Shi and B. Feng
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 205117/7p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.205117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electronic and crystal structures of (Na1-xCax)Cr2 O4 with anomalous colossal magnetoresistance (2020)
  • Author(s): H. Yamaoka, E. F. Schwier, Y. Yamamoto, M. Nakatake, M. Sawada, H. Sakurai, N. Tsujii, M. Arita, H. Iwasawa, M. Taguchi, K. Shimada and J. Mizuki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 235150/11p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.235150
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thickness-induced metal to insulator transition in Ru nanosheets probed by photoemission spectroscopy: Effects of disorder and Coulomb interaction (2020)
  • Author(s): D. Ootsuki, K. Kodera, D. Shimonaka, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Minohara, K. Horiba, H. Kumigashira, E. Ikenaga, A. Yasui, Y. Uchimoto, S. Toyoda, M. Morita, K. Fukuda and T. Yoshida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 1541/7p
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58057-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb (2020)
  • Author(s): K. Kuroda, Y. Arai, N. Rezaei, S. Kunisada, S. Sakuragi, M. Alaei, Y. Kinoshita, C. Bareille, R. Noguchi, M. Nakayama, S. Akebi, M. Sakano, K. Kawaguchi, M. Arita, S. Ideta, K. Tanaka, H. Kitazawa, K. Okazaki, M. Tokunaga, Y. Haga, S. Shin, H. S. Suzuki, R. Arita and T. Kondo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: 2888/9p
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16707-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental evidence of monolayer AlB2 with symmetry-protected Dirac cones (2020)
  • Author(s): D. Geng, K. Yu, S. Yue, J. Cao, W. Li, D. Ma, C. Cui, M. Arita, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, P. Cheng, L. Chen, K. Wu, Y. Yao and B. Feng
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Pages: 161407/5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.161407
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Momentum dependent band renormalization and surface aging effect on a zone center electron pocket in NaSn2As2Revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2020)
  • Author(s): Y. Akabane, T. Shimaiwa, Y. Goto, Y. Mizuguchi, T. Yokoya, M. Arita, S. Kumar, E. F. Schwie, K. Shimada, N. L. Sain and T. Mizokawa
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Pages: 114707/7p
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.114707
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 角度分解光電子分光で観察した希薄キャリア超伝導体におけるフラットバンド構造 (2021)
  • Author(s): 秋元優紀, 黒田健太, 越智正之, 川口海周, 櫻木俊輔, 新井陽介, 万宇軒, 黒川輝風, 田中宏明, 有田将司, 出田真一郎, 田中清尚, 辛埴, 平井大悟郎, 廣井善二, 山田高広, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 年次大会
• [Presentation] CaKFe4As4の特異なフェルミ面構造 (2020)
  • Author(s): 氷上颯馬, 森綱尚輝, 溝川貴司, 石田茂之, 永崎洋, 伊豫彰, 今井基晴, 阿部英樹, 有田将司, Shiv Kumar, Eike F. Schwier, 島田賢也, N.L. Saini
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会