2020 Fiscal Year Annual Research Report
カルコゲナイド原子層薄膜のトポタクティック合成と新奇物性開拓
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20H01847
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中山 耕輔 東北大学, 理学研究科, 助教 (40583547)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光電子分光 / 薄膜 / トポタクティック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
S蒸着源を備えたトポタクティック反応装置を新たに設計・製作してMBE装置にドッキング、調整を行った。トポタクティック反応装置については、バリアブルリークバルブによるS蒸着レートの精密な制御、通電加熱機構による薄膜の加熱、耐腐食性材料を用いた各部の浸食の抑制、多段ポンプによる超高真空化を実現した。これにより、各種の薄膜試料に対してトポタクティック反応を促すための基盤が整った。また、高分解能ARPES装置の希ガスプラズマ放電管の光学系を改良し、集光用の中空ガラスキャピラリ型レンズを導入することで、ビームスポットの微小化に取り組んだ。また、差動排気システムの強化も同時に実現することでARPES測定時の真空度の向上を達成した。
以上の建設・改良した装置を用いることで、鉄系高温超伝導体FeCh (Ch = S, Se, Te)薄膜の高分解能ARPES測定を行い、電子状態のカルコゲン濃度依存性を系統的に決定した。その結果、電子ネマティック秩序や超伝導転移温度の組成依存性を理解する上で、Fe 3d軌道に依存したバンドのエネルギーシフトと状態密度の変化を考慮する必要があることを見出した。また、超伝導転移温度を跨いだ準粒子バンド分散の変化を高精度で決定することで、波数に依存しない単純なs波的超伝導状態から逸脱する振る舞いを見出した。トポロジカル絶縁体薄膜に対してもS照射を行い、トポタクティック反応を実現するための条件を見出すことに成功した。新物質の物性解明に向けて、高分解能ARPES測定を行い、基本的なバンド構造を決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
トポタクティック反応装置とARPES装置ともに、当初予定していた建設・改良を完了できた。ARPES装置に生じた不具合により、電子状態に関する研究に一時的な遅れが生じたものの、装置の修理・調整を経て、当初の計画を概ね達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
種々のトポタクティック反応を実現するため、蒸着源の増設を含めてトポタクティック反応装置の改良を行う。また、高分解能ARPES装置の更なる高度化を目指して、キャピラリ形状の最適化など改良を進める。同装置を用いた薄膜作成やキャリア制御、電子状態観察を行い、新物質・物性の開拓を目指す。
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Research Products
(7 results)
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[Presentation] マイクロARPESによるトポロジカル物質の局所電子状態2021
Author(s)
相馬清吾, 本間飛鳥, 北村未歩, 堀場弘司, 川上竜平, 渡辺夏芽, 中山耕輔, 菅原克明, 高橋 隆, 組頭広志, 佐藤宇史
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
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[Presentation] マイクロARPESによる遷移金属ダイカルコゲナイド薄膜の電子状態2021
Author(s)
菅原克明, 川上竜平, 加藤剛臣, 田口大樹, 猿田康朗, 久保田雄也, 坪野竜治, 中山耕輔, 相馬清吾, 上野啓司, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 高橋隆, 佐藤宇史
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
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[Presentation] マイクロARPESによる新奇ディラック半金属の電子状態2021
Author(s)
中山耕輔, 久保田雄也, 高根大地, 相馬清吾, 本間飛鳥, 川上竜平, 加藤剛臣, 菅原克明, 高橋隆, 瀬川耕司, 出田真一郎, 田中清尚, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志, 佐藤宇史
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
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