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

2021 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: 時間分解光電子分光 / 励起子絶縁体 / 電荷密度波 / コヒーレントフォノン / 光誘起相転移

Outline of Annual Research Achievements

コヒーレントフォノン励起による光電子強度における振動の周波数依存性を、フーリエ変換を用いることによりエネルギー-運動量空間にマップするフーリエ変換時間分解ARPESを様々な物質に応用することにより、光励起状態における電子-格子相互作用について明らかにした。励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5では様々なモードのコヒーレントフォノン励起を観測し、各バンドとの相互作用の違いを明らかにした。特に、主にTa原子のa軸方向の振動である2THzのモードが光誘起絶縁体-金属転移に密接に関係していることを明らかにした。さらに、モードごとに振動強度のエネルギー-運動量依存性が光励起前の絶縁体状態のバンド構造に近いものと、光励起直後の半金属的なバンド構造に近いものがあることを明らかにした。これは、光励起後、絶縁体状態と金属状態が共存、もしくは両相間を振動していることを示唆しており、これまでに例のない新たな発見である。温度によって逐次的な電荷密度波転移を示す1T-TaS2においてもこの手法を適用し、電荷密度波の振幅モードによる光電子強度の振動をエネルギー-運動量空間にマップした。フェルミ準位近傍のバンドのエネルギーがこのモードと同期して振動し、モットギャップが開いたモット絶縁体状態とモットギャップが閉じた金属状態との間を振動していることを見出した。カゴメ格子を持ち電荷密度波と超伝導転移を示すCsV3Sb5についてもこの手法を適用し、van-Hove特異点が存在するM点近傍においてコヒーレントフォノンとの強い相互作用を観測した。さらに、光パラメトリック増幅器を導入することで中赤外光をポンプ光に用いた時間・角度分解光電子分光を可能にした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Environmental effects on layer-dependent dynamics of Dirac fermions in quasicrystalline bilayer graphene (2022)
  • Author(s): Zhao Y.、Suzuki T.、Iimori T.、Kim H.-W.、Ahn J. R.、Horio M.、Sato Y.、Fukaya Y.、Kanai T.、Okazaki K.、Shin S.、Tanaka S.、Komori F.、Fukidome H.、Matsuda I.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.115304
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photo-induced transient electronic states of 2H-NbSe2 observed by time-resolved photoemission spectroscopy (2022)
  • Author(s): Mari Watanabe, Takeshi Suzuki, Takashi Someya, Yu Ogawa, Shoya Michimae, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Tomohiko Saitoh, Shik Shin, and Kozo Okazaki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society Japan Volume: 91 Pages: 1-5
  • Peer Reviewed
• [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] HHG-laser-based time- and angle-resolved photoemission spectroscopy of quantum materials (2021)
  • Author(s): Suzuki Takeshi、Shin Shik、Okazaki Kozo
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 251 Pages: 147105～147105
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2021.147105
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of Pressure-Induced Superconductivity in an Excitonic Insulator (2021)
  • Author(s): Okazaki Kozo
  • Journal Title: JPSJ News and Comments Volume: 18 Pages: 11～11
  • DOI: 10.7566/JPSJNC.18.11
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ultrafast optical stress on BaFe2As2 (2021)
  • Author(s): Suzuki Takeshi、Kubota Yuya、Nakamura Asuka、Shimojima Takahiro、Takubo Kou、Ito Suguru、Yamamoto Kohei、Michimae Shoya、Sato Hikaru、Hiramatsu Hidenori、Hosono Hideo、Togashi Tadashi、Yabashi Makina、Wadati Hiroki、Matsuda Iwao、Shin Shik、Okazaki Kozo
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 3 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.033222
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 周波数領域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 (2022)
  • Author(s): 任千慧, 鈴木剛, Yigui Zhong, 劉珂成, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴A, 岡崎浩三
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（オンライン、2022年3月15日－19日）
• [Presentation] 時間角度分解光電子分光によるSmSの光誘起相転移ダイナミクス (2022)
  • Author(s): 陳奕同, 中村拓人, 渡邊浩, 鈴木剛, 任千慧, 劉珂成, 鐘益桂, 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77回年次大会（オンライン、2022年3月15日－19日）
• [Presentation] Studying electron-phonon couplings in a Kagome superconductor CsV3Sb5 by time- and angle-resolved photoemission spectroscopy (2022)
  • Author(s): Yigui Zhong, Takeshi Suzuki, Kecheng Liu, Qianhui Ren, Changjiang Yi, Youguo Shi, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Shik Shin, Kozo Okazaki
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（オンライン、2022年3月15日－19日）
• [Presentation] X線自由電子レーザーを用いたFeSe1-xTexの光励起コヒーレントフォノンの観測 (2022)
  • Author(s): 久保田雄也, 鈴木剛, 田中良和, 玉作賢治, 大和田成起, 富樫格, 堀尾眞史, 鷲見寿秀, 和田哲弥, 鍋島冬樹, 石川智也, 色摩直樹, 前田京剛, 松田巌, 岡﨑浩三, 辛埴, 矢橋牧名
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（オンライン、2022年3月15日－19日）
• [Presentation] The superconducting proximity effect of Sb2Te3/Nb heterostructure may reveal new micromechanisms of proximity effect in topological insulators (2022)
  • Author(s): Sahand Najafzadeh, Joseph A. Hlevyack, Tsubaki Nagashima, Akifumi Mine, Meng-Kai Lin, Soorya Suresh Babu, Yao Li, James N. Eckstein, Tao Shang, Shik Shin, T.-C. Chiang, Kozo Okazaki
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（オンライン、2022年3月15日－19日）
• [Presentation] 極低温高分解能ARPESを用いた単結晶PdTeにおける超伝導ギャップの研究 (2022)
  • Author(s): 峯明史, Zhong Yigui, Najafzadeh Sahand, 長島椿, Xian P.Yang, Tyler Cochran, Zijia Cheng, Ramakanta Chapai, Joanna Blawat, Sougata Mardanya, 辛埴, Rongying Jin, Tay-rong Chang, M. Zahid Hasan, 岡﨑浩三
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（オンライン、2022年3月15日－19日）
• [Presentation] Superconducting-gap anisotropy of Fe(Se,S) investigated by laser ARPES (2022)
  • Author(s): Kozo Okazaki
  • Organizer: 令和３年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会(オンライン、2022年2月17日-19日)
• [Presentation] Photo-induced insulator-to-metal transition in Ta2NiSe5 studied by time-resolved ARPES (2021)
  • 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)(online, November 8 - November 18, 2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザーARPESによるFe(Se,S)の異方的ギャップ構造 (2021)
  • Author(s): 岡﨑浩三
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会(オンライン、2021年9月20日-23日)
• [Presentation] Investigation of superconducting proximity effect of Sb2Te3/Nb heterostructure (2021)
  • Author(s): Sahand Najafzadeh, Joseph A. Hlevyack, Tsubaki Nagashima, Meng-Kai Lin, Soorya Suresh Babu, Yao Li, James N. Eckstein, Tao Shang, Shik Shin, T.-C. Chiang, Kozo Okazaki
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会(オンライン、2021年9月20日-23日)
• [Presentation] Time-resolved photoemission spectroscopy of iridate Sr2IrO4 (2021)
  • Author(s): Yigui Zhong, Takeshi Suzuki, Kecheng Liu, Qianhui Ren, ChangJiang Yi, Youguo Shi, Kozo Okazaki
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会(オンライン、2021年9月20日-23日)
• [Presentation] Interface hot carrier dynamics in epitaxial graphene by time-resolved ARPES (2021)
  • Author(s): Yuhao Zhao, Takeshi Suzuki, Takushi Iimori, Qianhui Ren, Yusuke Sato, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Hirokazu Fukidome, Satoru Tanaka, Fumio Komori, Iwao Matsuda
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会(オンライン、2021年9月20日-23日)
• [Presentation] BCS-BEC crossover controlled by electronic nematicity in FeSe1-xSx (2021)
  • Author(s): Kozo Okazaki
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2021 (QLC2021)(online, May 11 - May 13, 2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 岡﨑研究室HP
  • URL: https://okazaki.issp.u-tokyo.ac.jp/
• [Remarks] 鉄系超伝導体の超高速な結晶構造変化を実現 -光による新しい超伝導操作の可能性を示唆！
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=13906
• [Remarks] 岡﨑研究室
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/okazaki_group.html