Many-body effects in half-metals studied by bulk sensitive high-resolution spin-resolved photoemission spectroscopy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01853
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Yokoya Takayoshi 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (90311646)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ハーフメタル / 電子状態 / 多体相互作用 / スピン分解光電子分光

Outline of Final Research Achievements

In this research project, with the aim of clarifying the peculiar many-body effects of half metals using high-resolution(HR) spin-resolved(SR) photoemission spectroscopic(PES).HR and SR angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES) experiments on high-quality CoS2 single crystals revealed that the electron correlation effect varies greatly depending on the spin state. From the correspondence with the theory, we concluded that the peculiar electronic structure of the half-metal is the main cause. From HR-ARPES experiments using vacuum ultraviolet light on CrO2 samples, we succeeded in observing the Fermi surface and a kink structure due to many-body interactions in the band dispersion.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ハーフメタルは完全偏極電子源としての応用が期待され、電子の電荷だけではなくスピンも利用した物性制御技術であるスピントロニクスの重要物質の一つと考えられています。しかしながら、その物性を左右する電子状態についてはまだよくわかっていない部分がありました。本研究から、電子の持つスピン状態に依存して電子間の相互作用の強さが大きく異なることが世界で初めて実験的に示されました。この結果は、物性物理学におけるハーフメタルの理解に貢献するとともに、スピントロニクスにおけるデバイス開発においてスピンに依存した電子相関効果を考慮することの重要性を示しています。