Electron-Phonon Coupling Investigated by Fourier-Transform Time-Resolved ARPES

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01818
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡崎 浩三 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40372528)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 剛 東京大学, 物性研究所, 助教 (30815915)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 時間分解ARPES / 電子-格子相互作用 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 超伝導 / 電荷密度波

Outline of Annual Research Achievements

前年度コヒーレントフォノンの観測に成功したダビデ星型の電荷密度波転移を示す1T-TaS2において、周波数領域角度分解光電子分光(frequency-domain angle-resolved photoemission spectroscopy, FDARPES)を適用することに成功し、コヒーレントフォノン励起に伴う光電子強度の変調におけるエネルギー-運動量分布を明らかにすることができた。この結果と通常の時間・角度分解光電子分光(time- and angle-resolved photoemission spectroscopy, TARPES)によるバンド構造の時間変化から、1.5eVポンプによる光励起によって電子相関効果を起源とするモットギャップが閉じて金属化する一方、電荷密度波転移に伴うバンドの折り畳みは光誘起金属相においても存在することがわかった。これにより、光誘起金属相と電荷密度波相が共存することがわかった。
Bose-Einstein凝縮(BEC)型の励起子絶縁体候補物質である遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5にCoをドープすることでBardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)型の励起子凝縮相になると期待されるTa2(Ni,Co)Se5において、光誘起金属転移の観測に成功した。さらに、この光誘起金属相がノーダル半金属である可能性を見出した。
TARPES測定におけるポンプ光の波長を可変にするため、光パラメトリック増幅器と差周波発生装置の整備を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

時間・角度分解光電子分光測定と我々が開発した周波数領域角度分解光電子分光による解析手法を駆使して、様々な興味深い光誘起現象を見出すことに成功している。時間・角度分解光電子分光測定におけるポンプ光波長を可変にするために光パラメトリック増幅器、差周波発生装置の整備も順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き様々な遷移金属カルコゲナイドにおける時間・角度分解光電子分光測定、周波数領域角度分解光電子分光による解析を進め、コヒーレントフォノン励起や電子-格子相互作用に関する知見を深める。光パラメトリック増幅器、差周波発生装置の整備をさらに進め、時間・角度分解光電子分光測定においてポンプ光波長を可変にする。これにより、光誘起相転移を探索し、光誘起相転移による物性制御の実現を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Detecting electron-phonon coupling during photoinduced phase transition (2021)
  • Author(s): Suzuki Takeshi、Shinohara Yasushi、Lu Yangfan、Watanabe Mari、Xu Jiadi、Ishikawa Kenichi L.、Takagi Hide、Nohara Minoru、Katayama Naoyuki、Sawa Hiroshi、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Mizokawa Takashi、Shin Shik、Okazaki Kozo
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 103 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.L121105
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photoinduced Phase Transition from Excitonic Insulator to Semimetal-like State in Ta2Ni1-xCoxSe5 (x = 0.10) (2020)
  • Author(s): Mitsuoka Takumi、Suzuki Takeshi、Takagi Hidenori、Katayama Naoyuki、Sawa Hiroshi、Nohara Minoru、Watanabe Mari、Xu Jiadi、Ren Qianhui、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Shin Shik、Okazaki Kozo、Mizokawa Takashi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Pages: 124703～124703
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.124703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bose-Einstein condensation superconductivity induced by disappearance of the nematic state (2020)
  • Author(s): Hashimoto Takahiro、Ota Yuichi、Tsuzuki Akihiro、Nagashima Tsubaki、Fukushima Akiko、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Matsuura Kohei、Mizukami Yuta、Shibauchi Takasada、Shin Shik、Okazaki Kozo
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Pages: eabb9052
  • DOI: 10.1126/sciadv.abb9052
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Massive Suppression of Proximity Pairing in Topological (Bi1-xSbx)2Te3 Films on Niobium (2020)
  • Author(s): Hlevyack Joseph A.、Najafzadeh Sahand、Lin Meng-Kai、Hashimoto Takahiro、Nagashima Tsubaki、Tsuzuki Akihiro、Fukushima Akiko、Bareille Cedric、Bai Yang、Chen Peng、Liu Ro-Ya、Li Yao、Flototto David、Avila Jose、Eckstein James N.、Shin Shik、Okazaki Kozo、Chiang T.-C.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 124 Pages: 236402
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.236402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb (2020)
  • Author(s): Kuroda Kenta、Arai Y.、Rezaei N.、Kunisada S.、Sakuragi S.、Alaei M.、Kinoshita Y.、Bareille C.、Noguchi R.、Nakayama M.、Akebi S.、Sakano M.、Kawaguchi K.、Arita M.、Ideta S.、Tanaka K.、Kitazawa H.、Okazaki K.、Tokunaga M.、Haga Y.、Shin S.、Suzuki H. S.、Arita R.、Kondo Takeshi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: 2888
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16707-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] レーザー角度分解光電子分光によるFe(Se, S) の非ネマティック相における超伝導状態の研究 (2021)
  • Author(s): 長島椿，橋本嵩広，Sahand Najafzadeh，大内俊一郎，鈴木剛，福島昭子，笠原成，松田祐司，松浦康平，水上雄太，橋本顕一郎，芝内孝禎，辛埴，岡﨑浩三
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] 高次高調波レーザー時間分解ARPES による1T-TaS2 における光誘起金属相と電子- 格子相互作用の研究 (2021)
  • Author(s): 任千慧，鈴木剛，金井輝人，板谷治郎，辛埴，岡崎浩三
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] Regulation of asymmetric interlayer distributions of carriers in Twisted Bilayer Graphene and dynamics (2021)
  • Author(s): Yuhao Zhao，Takeshi Suzuki，Takushi Iimori，Sung Joon Ahn，Joung Real Ahn，Jiadi Xu，Qianhui Ren，Masami Fujisawa，Teruto Kanai，Jiro Itatani，Kozo Okazaki，Shik Shin，Hirokazu Fukidome，Fumio Komori，Iwao Matsuda
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] 時間分解ARPES で調べる電荷密度波物質VTe2 の光誘起トポロジカル表面状態 (2021)
  • Author(s): 三石夏樹，鈴木剛，上谷学，渡邉真莉，任千慧，劉珂成，藤澤正美，金井輝人，板谷治郎，酒井英明，高橋英史，石渡晋太郎，岡崎浩三，辛埴，石坂香子
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] 高次高調波レーザー時間角度分解光電子分光を用いたSmS の価数転移ダイナミクス (2021)
  • Author(s): 中村拓人，渡邊浩，鈴木剛，任千慧，劉珂成，金井輝人，板谷治郎，辛埴，岡﨑浩三，井村敬一郎，鈴木博之，佐藤憲昭，木村真一
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
• [Presentation] BCS-BEC crossover controlled by electronic nematicity in FeSe1-xSx (2020)
  • Author(s): 岡﨑浩三
  • Organizer: 令和２年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] Superconducting proximity effect to surface states of TI/Nb at different doping levels: Bi2Se3, Bi1-xSbxTe3, and Sb2Te3 (2020)
  • Author(s): Sahand Najafzadeh, J. A. Hlevyack, M.-K. Lin, T. Nagashima, A. Fukushima, Y. Bai, P. Chen, R.-Y. Liu, Y. Li, D. Flototto, J. Avila, J. N. Eckstein, S. Shin, T.-C. Chiang, and Kozo Okazaki
  • Organizer: 令和２年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] FeSe系における光誘起超伝導 (2020)
  • Author(s): 岡﨑浩三
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「高温超伝導・非従来型超伝導研究の最前線：多様性と普遍性」
  • Invited
• [Presentation] FeSe系における光誘起超伝導 (2020)
  • Author(s): 岡﨑浩三
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] Photo-induced insulator-to-metal transition in Ta2NiSe5 studied by time-resolved ARPES (2020)
  • Author(s): Takeshi Suzuki, Yasushi Shinohara, Yangfan Lu, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Kenichi L. Ishikawa, Hide Takagi, Minoru Nohara, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Takashi Mizokawa, Shik Shin, and Kozo Okazaki
  • Organizer: 7 th International Conference on Photoinduced Phase Transitions (PIPT7)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 鉄系超伝導体FeSeにおける時間分解ARPESと光誘起超伝導 (2020)
  • Author(s): 岡﨑浩三
  • Organizer: 令和元年度「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] X線自由電子レーザーを用いたFeSeの光励起格子変調の観測 (2020)
  • Author(s): 久保田雄也, 鈴木剛, 田中良和, 玉作賢治, 橋本嵩広, 大和田成起, 和達大樹, 鍋島冬樹, 石川智也, 色摩直樹, 前田京剛, 登野健介, 岡﨑浩三, 辛埴, 矢橋牧名
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] ノーダルライン半金属単層Cu2Si/Si(111)の電子状態の解明 (2020)
  • Author(s): 坂本実可子, 鈴木剛, 辻川夕貴, 濱田雅史, 徐佳笛, 任千慧, 佐藤祐輔, 今村真幸, 高橋和敏, 藤澤正美, 金井輝人, 板谷治郎, 岡﨑浩三, 辛埴, 松田巌, 高山あかり
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Importance of bulk state for superconducting pairing of topological surface states in Bi2Se3/Nb and (Bi1-xSbx)2Te3/Nb (2020)
  • Author(s): Sahand Najafzadeh, Takahiro Hashimoto, Tsubaki Nagashima, Joseph Hlevyack, Meng-Kai Lin, Yang Bai, Peng Chen, Ro-Ya Liu, Yao Li, David Flototto, Jose Avila, James Eckstein, Tai-chang Chiang, Shik Shin, Kozo Okazaki
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Time-resolved ARPES measurement on an excitonic insulator candidate 1T-TiSe2 (2020)
  • Author(s): Jiadi Xu, Takeshi Suzuki, Mari Watanabe, Qianhui Ren, Kecheng Liu, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Shik Shin, and Kozo Okazaki
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Regulation of asymmetric interlayer distributions of carriers in Twisted Bilayer Graphene and dynamics (2020)
  • Author(s): Yuhao Zhao, Takeshi Suzuki, Takushi Iimori, Sung Joon Ahn, Joung Real Ahn, Jiadi Xu, Qianhui Ren, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Hirokazu Fukidome, Fumio Komori, Iwao Matsuda
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Time-resolved ARPES study on Ta2NiSe5 (2020)
  • Author(s): Takeshi Suzuki, Yasuhiro Shinohara, Yangfan Lu, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Kenichi Ishikawa, Hide Takagi, Minoru Nohara, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Takashi Mizokawa, Shik Shin, Kozo Okazaki
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Manifestation of the multiband nature in the BCS-BEC crossover of FeSe1-xSx (2020)
  • Author(s): Takahiro Hashimoto, Yuichi Ota, Akihiro Tsuzuki, Tsubaki Nagashima, Akiko Fukushima, Shigeru Kasahara, Yuji Matsuda, Kohei Matsuura, Yuta Mizukami, Takasada Shibauchi, Shik Shin, Kozo Okazaki
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Clarifying superconducting proximity effects in topological insulating (Bi1-xSbx)2Te3 films on niobium (2020)
  • Author(s): Joseph Hlevyack, Sahand Najafzadeh, Meng-Kai Lin, Takahiro Hashimoto, Akihiro Tsuzuki,, Tsubaki Nagashima, Weilu Zhang, Akiko Fukushima, Yang Bai, Peng Chen, Ro-Ya Liu, Yao Li, David Floetotto, Jose Avila, James N Eckstein, Kozo Okazaki, Shik Shin, Tai-Chang Chiang
  • Organizer: American Physical Society March Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 時間分解X線回折によるFeSeの光励起格子変調の観測 (2020)
  • Author(s): 久保田雄也、鈴木剛、田中良和、玉作賢治、橋本嵩広、大和田成起、登野健介、岡﨑浩三、矢橋牧名
  • Organizer: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] 時間分解X線回折によるBaFe2As2における超高速格子変調ダイナミクスの観測 (2020)
  • Author(s): 鈴木剛 、久保田雄也、下志万貴博、中村飛鳥、田久保耕、伊藤俊、山本航平、道前翔矢、佐藤光、平松秀典、細野秀雄、富樫格、矢橋牧名、和達大樹、松田巌、辛埴、岡﨑浩三
  • Organizer: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Remarks] 岡﨑研究室
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/okazaki_group.html