2023 Fiscal Year Annual Research Report
オペランド（外場印加）スピン角度分解光電子分光によるトポロジカル相転移の研究
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20H00347
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
奥田 太一 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (80313120)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカル相転移 / スピン・角度分解光電子分光 / 外場印加下光電子分光 / マイクロビーム / カイラル誘起スピン選択効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、トポロジカル物質の電子状態（バンド分散、スピン偏極）を直接観測できるスピン・角度分解光電子分光を外場（温度、圧力、電場など）を印加しながら行い、トポロジカル相転移の物理を解明することを目的とした。
スピン・角度分解光電子分光法は測定効率が悪いため、様々な条件下での電子状態を効率よく観測するため、本研究では試料に圧力勾配、電場勾配などを生じさせ、測定に用いる励起光（放射光、レーザー）を微小に絞り、試料上の位置を変化させて測定することで効率よく外場の変化による電子状態の変化を観測することを計画した。微小ビームの実現のため、スピン・角度分解光電子分光装置の設置されている放射光ビームラインにキャピラリー型の回転楕円ミラーを導入し、横400μm×縦100μm程度にビームを集光することができた。しかし、このビームサイズは当初予定より横方向が大きかったため、並行して6eVレーザーと集光レンズを導入し、５ミクロンサイズの微小ビームを実現した。これにモーター制御式の高精度のXYZステージを導入し、制御プログラムも整備し、世界初の顕微スピン角度分解ARPESシステムを完成させた。
これを用いて、外場印加でのスピンARPES測定を行うため、外場印加用の試料ホルダー作成やマニピュレータの改造を行い、トポロジカル状態とトリビアル状態の狭間にあるTlBiSe2、TlBiS2などの試料の電子状態変化の観測等を試みた。その結果、圧力印加による電子状態の変化は観測されたが、理論で予想されたトポロジカル相転移は明瞭には観測されなかった。一方、キラル構造を持つ物質に電流を流すとスピン偏極電流が生じるCISS効果の分光学的な検証もNbSi2,DNA、キラル有機分子などで行った。いずれも明瞭なCISS効果は観測されなかったが、理論では予想されない螺旋状の光電子分布が観測されるなど、新たな物理現象を発見した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy with micrometer spatial resolution and detection of three-dimensional spin vector2024
Author(s)
Takuma Iwata, T Kousa, Y Nishioka, K Ohwada, K Sumida, E Annese, M Kakoki, Kenta Kuroda, H Iwasawa, M Arita, S Kumar, A Kimura, K Miyamoto, T Okuda
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 14
Pages: 127
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Strongly anisotropic spin and orbital Rashba effect at a tellurium-noble metal interface2023
Author(s)
B Geldiyev, M Unzelmann, P Eck, T Kisslinger, J Schusser, T Figgemeier, P Kagerer, N Tezak, M Krivenkov, A Varykhalov, A Fedorov, L Nicolai, J Minar, K Miyamoto, T Okuda, K Shimada, D Di Sante, G Sangiovanni, L Hammer, MA Schneider, H Bentmann, F Reinert
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 108
Pages: L121107
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Performance of laser-based SARPES with micrometer spatial and vector spin resolution at HiSOR2024
Author(s)
Takuma Iwata, T. Kousa, Y. Nishioka, K. Ohwada, K. Sumida, E. Annese, M. Kakoki, K. Kuroda, H. Iwasawa, M. Arita, S. Kumar, A. Kimura, Miyamoto and T. Okuda
Organizer
28th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
Int'l Joint Research
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[Presentation] Direct Observation of Spin-split Electronic Structures in Antiferromagnet NdBi by Laser-based SARPES2024
Author(s)
Rikako Yamamoto, T. Motoyama, T. Iwata, T. Kosa, Y. Nishioka, K. Ideura, M. Arita, S. Ideta, K. Shimada, K. Miyamoto, T. Okuda, A. Kimura, T. Onimaru, and Kenta Kuroda
Organizer
28th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
Int'l Joint Research
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[Presentation] 軟X線角度分解光電子分光とSHG顕微鏡を用いたデラフォサイト型酸化物の電子状態の研究2023
Author(s)
岩田拓万, 白石海人, 中西楓恋, 森田雄晴, 西岡幸美, 高佐永遠, 大和田清貴, Munisa Nurmamat, 山神光平, 木村昭夫, 宮本幸治, 奥田太一, 高津浩, 黒田健太
Organizer
日本物理学会年次大会
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