2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of 2D electron spin detector and research of ferromagnetic topological insulator
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19H01845
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
相馬 清吾 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (20431489)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / スピン分解光電子分光 / 磁性薄膜 / 希薄磁性半導体 / ワイル半金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性トポロジカル絶縁体の物性に関わるような微細なスピン電子構造の解明を目的として。スピン検出器の２次元化のための大型磁性単結晶薄膜を用いた電子イメージング機構の調整と改良を行った。さらに、微小な面積をもつ試料の磁気ドメイン内の電子構造を決定するために、低振動マニピュレーターの改良と調整を行った。電子分析器との連動部分のアルゴリズムを新たに構築し、光電子イメージの空間マッピング機能の実質的な速度を２倍近くに引き上げることに成功した。試料測定に必須なプラズマ放電管光源が故障したため、一時実験を中断したが、プラズマ内壁部を新たに作成して実験を再開することができた。
装置改良と並行して、様々な高機能物質について高分解能ARPES実験を行い、電子状態のバンド構造とフェルミ面およびスピン構造の決定を行った。反強磁性体トポロジカル絶縁体候補物質NdBiについて、光源をマイクロ集光した高分解能ARPES実験を行い、ネール温度以下で表面ディラック電子状態に150meVもの巨大な磁気的ギャップが開くことを見出した。さらに、試料上の測定位置をマイクロスポットで走査した結果、このディラックギャップが閉じる領域があることを見出した。電子構造の対称性がギャップの開閉と同時に変化することから、観測したディラック電子状態はAFM秩序相における複合対称性に保護されたトポロジカルな電子状態であると結論した。本結果はNature誌に投稿したが、理論計算によるサポートが不足していると査読者から指摘されたため、新たな計算と追加実験を行い、現在姉妹紙への再投稿準備を進めている。研究期間内には、そのほかに、(Ba,Sr)Mg2Bi2、Cu2Sb、Bi2Se3/Bi2Te3ヘテロ構造、CaSb2、MnGaなどの種々のディラック電子系や磁性トポロジカル絶縁体関連物質のAPRES実験の成果を報告した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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[Presentation] Micro AREPS study of antiferromagnetic topological metal NdBi2021
Author(s)
S. Souma, A. Honma，D. Takane, Y. Wang，K. Nakayama，M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Kim，C. Cacho, Yoichi Ando, and T. Sato
Organizer
The 5th Symposium for The Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics, and the 4th Symposium on International Joint Graduate Program in Materials Science
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