2021 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 | 角度分解光電子分光 / トポタクティック / 薄膜 / 電子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はMBE装置とそれに付随するトポタクティック反応装置、及びARPES装置の改良を実施した。MBE装置の加熱機構を改良し、様々な性質（伝導性、加熱温度など）の成長基板の加熱が可能になった。加熱温度の安定化も実現した。また、トポタクティック反応に用いる蒸着源を増設し、複数の元素置換が可能になった。ARPES装置については高輝度光源の集光系を改良して従来よりも小さな試料を高精度で測定することが可能になった。
これらの改良した装置を用いてカルコゲン化合物における物性探索とその発現機構について研究を進め、以下に記すいくつかの成果を得た。とりわけ、遷移金属カルコゲナイドでは単層VS2の作製に成功し、バルクでは見られない長周期構造の電荷密度波転移が生じることを明らかにした。また、この新規秩序相が高次のqベクトルによるフェルミ面ネスティングによって安定化するエキゾチックな起源を持つことを提案した。トポロジカル絶縁体に対するトポタクティック反応を適用した例では、単純な元素置換だけでなく、元素選択的なエッチングも同時に生じることを見出した。この反応を利用して新しいヘテロ構造物質の作製に成功するとともにその電子状態をARPESによって解明した。また、カゴメ格子超伝導体において元素置換量を系統的に変化させた際の電子状態をARPESで決定し、バンド構造の鞍点構造が超伝導や電荷密度波の発現と関わっていることを示した。さらに、電荷密度波によるバンド構造の折り返しを観測し、第一原理計算との比較からダビデの星と逆位相型の新規な格子歪が実現していることを提案した。
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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
本研究に用いるMBE-ARPES複合装置の基幹部品に不具合が生じたため、装置の改良や薄膜の作製などに一時的な遅れが生じたものの、その後の急ピッチでの作業によって最終的には当初予定していた装置改良や薄膜作製を完了することができた。また、改良した装置を用いた研究によって幾つかの新規物性や物性発現機構を見出せたことから、全体を通して見れば概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度も引き続き装置改良と薄膜作成及びARPES測定に取り組む。装置改良については、本年度実施したMBE装置と同様、トポタクティック装置の加熱機構を改良する。また、トポタクティック装置の真空度を向上させて薄膜試料の高品質化を目指す。ARPES装置についても測定プログラムを改良して効率的なデータ収集を実現する。
改良した装置を用いて各種超伝導体、トポロジカル物質、遷移金属カルコゲナイド薄膜の作製と電子状態評価ならびに物性探索を実施する。また、本申請研究の最終年度にあたることから、これまでの研究の総括を行う。
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[Journal Article] Visualizing crystal twin boundaries of bismuth by high-spatial-resolution ARPES2023
Author(s)
A. Moriya, K. Nakayama, T. Kawakami, K. Maeda, A. Tokuyama, S. Souma, C. Chen, J. Avila, M. Ca. Asensio, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Takahashi, K. Fujiwara, K. Segawa, and T. Sato
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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