Study of Topological Phase Transitions Using Operando Spin- and Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00347
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Okuda Taichi 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (80313120)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: スピン分解光電子分光 / トポロジカル相転移 / キラリティ誘起スピン選択（CISS)効果 / オペランド電子分光 / 放射光・レーザー / スピントロニクス

Outline of Final Research Achievements

We performed spin- and angle-resolved photoelectron spectroscopy while applying external fields (pressure, electric fields, etc.) to study topological phase transitions and related phenomena. By modifying the sample holder and manipulator to create pressure or electric field gradients etc. on the sample, and focusing the excitation light to a small spot using mirrors or lens, we developed the micro-spin ARPES system that enables to efficiently observe electronic states change caused by the external fields. Using this system, we investigated the changes in electronic states of topological materials due to pressure and temperature variations, as well as the Chiral Induced Spin Selectivity effect, which generates spin-polarized current when an electric current passes through chiral materials. As a result, we discovered new physical phenomena, including changes in electronic states of topological materials caused by pressure and a spiral photoelectron pattern from chiral materials.

Free Research Field

固体物理、表面物理、光電子分光、放射光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、圧力や温度によるトポロジカル相転移や電流によるCISS効果などの解明をするため、オペランド顕微スピン角度分解光電子分光装置を開発した。トポロジカル物質の研究は物性物理において主要な研究分野であるとともに、オペランド分光や顕微分光は光電子分光業界で急速にニーズが高まっていることから、本研究で得られた成果やノウハウは当該分野の発展に寄与することが予想される。また、現在スピントロニクスなどの次世代デバイス開発研究が精力的に行われているが、開発した装置は共同利用施設であるHiSORに設置され、国内外のユーザーが利用可能であり、スピントロニクス材料等の研究に広く貢献することが期待できる。