2021 Fiscal Year Annual Research Report
表面超構造・電子状態同時測定拠点の実現による表面電子状態の徹底解明
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19H01830
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
湯川 龍 大阪大学, 工学研究科, 助教 (40759479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
望月 出海 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (30579058)
大坪 嘉之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, 主任研究員 (70735589)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 全反射高速陽電子線回折 / 表面超構造 / 角度分解光電子分光 / 表面電子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は全反射高速陽電子線回折(TRHEPD)法を用いて表面の超構造を正確に決定し、角度分解光電子分光(ARPES)でその電子状態を徹底的に明らかにすることを目的としている。
本年度はこれまでのアナターゼ型TiO2(4x1)の表面超構造の研究に加えて、新たに金属単結晶上に製膜した機能性金属酸化物の表面の表面超構造をTRHEPD法で測定し、さらに表面でのARPES測定を行った。作製した試料由来の分散を有する電子構造に加えて、表面超構造に起因したTRHEPDの回折パターンを得ることに成功した。本研究の発展に欠かせない超高真空内試料表面準備装置とその自動計測プログラムの追加設計を行うことで高真空下での4端子法による超伝導転移の測定に成功した。具体的には以下の研究を実施した。
1)超高真空下でのアナターゼ型TiO2(4x1)表面超構造を決定した。さらに酸素脱離の影響を調べるため酸素雰囲気化にて同表面のTRHEPD測定を実施した。
2)低速陽電子実験施設にて、超高真空下で清浄化した金属単結晶上に機能性酸化物薄膜をMBE法で作製した。電子線回折を用いて表面の結晶性を確認し、TRHEPD測定を行なった。その結果、表面超構造に起因したロッキング曲線形状の変化の観測に成功した。さらに本試料のARPES測定を実施し、製膜した酸化物由来の電子構造の測定に成功した。
3)超高真空内試料表面準備装置に新たに作製した4端子をとりつけ、自動計測プログラムを大幅に高機能化した。このことで、真空条件で試料の9 Kでの超伝導転移の測定に成功した。薄膜試料の条件出しの高度化が可能となった。
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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
これまでに測定した試料表面のTRHEPDやARPESデータは解析が終了しまとめつつある。新たに測定した酸化物薄膜でも良好な結果が得られている。超高真空内表面準備装置に関しても稼働状態に入っており、酸化物表面のTRHEPDやARPES測定用薄膜試料の作製に於いて電気伝導を含めより高度な条件出しが可能となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は新たに機能性酸化物試料を作成し、その電子構造と表面超構造の観測を行った。ARPES測定では酸化物薄膜由来の電子状態に加えて、製膜用金属単結晶由来の電子状態も同時に計測された。これは製膜した薄膜がアイランド上に形成しているためと考えられる。金属単結晶の電子状態が同時に観測されると酸化物薄膜由来の電子状態と正しく同定できなくなる可能性があるため、今後はさらに製膜条件を最適化し、アイランド形成されない条件でARPES測定を実施する。このことで薄膜由来の表面電子状態を高精度で決定する。
また、汎用解析ソフト「2DMAT」を用いて、DFT計算を取り入れた「原子配置と電子状態」の包括的な解析手法構築も検討を開始する。
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[Presentation] Design for nano-spintronics beamline at 3-GeV next-generation synchrotron radiation facility2021
Author(s)
大坪 嘉之, 上野 哲郎, 岩澤 英明, 宮脇 淳, 堀場 弘司, 安居院 あかね, 稲葉 健斗, 井波 暢人, 中谷 健, 今園 孝志, 藤井 健太郎, 木村 洋昭, 高橋 正光
Organizer
14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation
Int'l Joint Research
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[Presentation] 次世代放射光施設 共用ビームライン検討状況II ー顕微スピントロニクスビームラインー2021
Author(s)
大坪 嘉之, 上野 哲郎, 岩澤 英明, 宮脇 淳, 堀場 弘司, 安居院 あかね, 稲葉 健斗, 中谷 健, 今園 孝志, 藤井 健太郎, 木村 洋昭, 高橋 正光
Organizer
第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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