2022 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation of surface electronic states with accurate measurement systems of surface superstructures and surface electronic structures

Research Project

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Project/Area Number	19H01830
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	Yukawa Ryu 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	表面超構造 / 電子構造 / 酸化物 / 全反射高速陽電子線回折 / 光電子分光
Outline of Final Research Achievements	This study aims to elucidate the novel electronic properties in the vicinity of surfaces by accurately determining the surface superstructure and using an advanced experimental technique, angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), to clarify the electronic states on the same sample surface. Through the development of a measurement technique for the clean surface of titanium oxide, it was discovered that the surface superstructure can be described by the admolecular model. It was revealed that the crystallinity in the vicinity of the ZnO surface significantly modulate its luminescent characteristics. Furthermore, on the surface of topological insulators, it was demonstrated that the surface electronic states, which were believed to be robust, can be modified by the surface superstructure.
Free Research Field	物性物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ナノ微細化技術の発展に伴い、試料表面が電子物性へ与える影響についてへの理解がますます重要になりつつある。酸化物試料は電子デバイス応用だけでなく、発光デバイスや光触媒としても応用される。トポロジカル絶縁体試料は、原子構造に起因した電子状態への理解が必須となる。本研究では酸化物試料やトポロジカル絶縁体試料に於いて、表面超構造や表面近傍の結晶性が電子物性を大きく変えることを示した。本研究で得られた知見は表面を利用した高速・低消費電力素子や発光素子開発を加速すると期待される。加えて、20年以上議論の別れているアナターゼ型酸化チタンに於ける表面超構造の決定に重要な役割を果たした。