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2022 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

Research Project

Project/Area Number 19H01830
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

湯川 龍  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40759479)

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)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements

本研究は同一試料に於いて表面の超構造を正確に決定し、表面に於ける電子状態を決定することで、表面超構造に依存した電子状態変化と電子物性を徹底的に明らかにすることを目的としている。
最終年度である本年度はセリアや酸化チタンの表面電子状態解析及び表面超構造解析に加えて、酸化亜鉛(ZnO)表面近傍の電子構造に由来する発光スペクトル解析を行った。具体的には以下の研究を行った。
1) 水素吸着セリア表面において、データ駆動科学的手法を取り入れたTRHEPD構造解析を行った。具体的には、最近開発された汎用構造解析ソフト「2DMAT」(https://www.pasums.issp.u-tokyo.ac.jp/2dmat/)を用いて、感度解析(取得データにおける分散-共分散行列の固有値解析)を実施した結果、水素に対して高感度なTRHEPD測定条件を突き止めることに成功した。本成果は今後、超並列モンテカルロ型ベイズ推定などの高信頼な解析手法を駆使したセリア表面上に吸着した水素原子に対する構造決定に繋がると期待される。
2) ZnOは代表的な遷移金属酸化物であり、湯川らはこれまでのARPES研究で表面近傍の電子構造を明らかにしている。多体間相互作用を取り入れた発光スペクトル解析を実施することでZnOの発光現象が表面近傍の電子構造に強く依存することを明らかにした。具体的には、電子と正孔の対である励起子とフォノン間の相互作用を取り入れた物理モデルを用いることで、早い緩和の発光はZnO表面近傍の電子構造に起因しており、遅い緩和の発光は試料内部の励起子再結合過程に起因することを突き止めた。表面近傍の電子構造は表面超構造にも依存するため、本成果は表面超構造や表面へのキャアリアドープにより、発光スペクトルや緩和時間を制御できることを示唆しており、発光素子・検出器としての高度化に波及されると期待される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Surface valence transition in SmS by alkali metal adsorption2023

    • Author(s)
      Nakamura Takuto、Nakaya Toru、Ohtsubo Yoshiyuki、Sugihara Hiroki、Tanaka Kiyohisa、Yukawa Ryu、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Imura Keiichiro、Suzuki Hiroyuki S.、Sato Noriaki K.、Kimura Shin-ichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Pages: L041102-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.L041102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Resolving decay-time dependent photoluminescence induced by phonon-dressed excitons in ZnO2022

    • Author(s)
      Yukawa Ryu、Yamamoto Susumu、Arita Ren、Minami Yuki、Yamanoi Kohei、Ozawa Kenichi、Sakamoto Kazuyuki、Shimizu Toshihiko、Sarukura Nobuhiko、Matsuda Iwao
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 6 Pages: 104607-1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.6.104607

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural and electronic evidence of boron atomic chains2022

    • Author(s)
      Tsujikawa Yuki、Horio Masafumi、Zhang Xiaoni、Senoo Tomoaki、Nakashima Takeru、Ando Yasunobu、Ozaki Taisuke、Mochizuki Izumi、Wada Ken、Hyodo Toshio、Iimori Takushi、Komori Fumio、Kondo Takahiro、Matsuda Iwao
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 205406-1-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.205406

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Data-analysis software framework 2DMAT and its application to experimental measurements for two-dimensional material structures2022

    • Author(s)
      Motoyama Yuichi、Yoshimi Kazuyoshi、Mochizuki Izumi、Iwamoto Harumichi、Ichinose Hayato、Hoshi Takeo
    • Journal Title

      Computer Physics Communications

      Volume: 280 Pages: 108465-1-11

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2022.108465

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structure of χ3-Borophene Studied by Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction (TRHEPD)2022

    • Author(s)
      Tsujikawa Yuki、Shoji Makoto、Hamada Masashi、Takeda Tomoya、Mochizuki Izumi、Hyodo Toshio、Matsuda Iwao、Takayama Akari
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 27 Pages: 4219-1-8

    • DOI

      10.3390/molecules27134219

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Breakdown of bulk-projected isotropy in surface electronic states of topological Kondo insulator SmB6(001)2022

    • Author(s)
      Ohtsubo Yoshiyuki、Nakaya Toru、Nakamura Takuto、Le Fevre Patrick、Bertran Francois、Iga Fumitoshi、Kimura Shin-Ichi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: 5600-1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-022-33347-0

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fluctuating spin-orbital texture of Rashba-split surface states in real and reciprocal space2022

    • Author(s)
      Nakamura Takuto、Ohtsubo Yoshiyuki、Harasawa Ayumi、Yaji Koichiro、Shin Shik、Komori Fumio、Kimura Shin-ichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Pages: 235306-1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.235141

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 表面の水素を見るための 全反射高速陽電子回折(TRHEPD)による新手法2023

    • Author(s)
      望月出海
    • Organizer
      触媒科学計測共同研究拠点ミニシンポジウム「超高速データ駆動科学と先端計測技術の融合による触媒科学イノベーション」
    • Invited
  • [Presentation] KEK物構研低速陽電子施設での2DMATの利用2022

    • Author(s)
      望月出海
    • Organizer
      CCMS Webハンズオン: 2DMAT講習会
    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 回転伝達装置、および移送装置2022

    • Inventor(s)
      湯川龍、坂本一之、板谷亮太
    • Industrial Property Rights Holder
      湯川龍、坂本一之、板谷亮太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-201608

URL: 

Published: 2023-12-25  

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