2021 Fiscal Year Research-status Report
Control of topological electronic state of bismuth atomic layer using epitaxial strain
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20K03821
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
高橋 和敏 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (30332183)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子層 / 光電子分光 / 放射光 / レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、面内格子定数を連続変化できる基板を用いてエピタキシャル歪みを制御しながらビスマス原子層を作製し、格子の圧縮や伸張を通じて誘起されるトポロジカル電子状態転移を、シンクロトロン放射光とフェムト秒レーザーという２種の先端的光源を駆使した光電子分光実験により明らかにする。これらの試料作製と電子状態直接観測において、従来の組成制御を通じたスピン軌道相互作用の大きさの走査による方法に加えて、連続可変な格子歪みを通じてトポロジカル状態転移させるというスピン・電子状態への新たな走査軸を与え得ることを、電子状態分析から示す。
今年度は、当初計画で予定したCdO(001)上のBi(110)膜に加えて、Ge(001)-2x1再構成表面においては3原子層までの薄さでBi(111)膜が得られることが見いだされ、LEED測定と内殻スペクトル測定によるキャラクタリゼーションと、Bi6s,6p電子に対する励起断面積が大きい15eVの光子エネルギーでの２次元広範囲の角度分解光電子分光測定を行うことができた。Ge(001)ジャスト面上では2x1および1x2再構成表面が混在するために、その上のBi(111)膜は90度異なる面内方位角を持ったダブルドメイン構造となることがわかった。この点を解決し、Γ-K方向とΓ-M方向のバンド分散を分離して観測するために、Ge(001)微傾斜ウエハを基板として用いることによりsingle domainの2x1再構成表面上にBi(111)を作製した結果、シングルドメインのBi(111)膜を得ることができた。グラフェンを基板として作製した1～3原子層のBi(110)膜について、X2点の異方的なディラック状態に着目した解析を進め、論文として発表した。
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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
Ge(001)微傾斜ウエハを基板として用いることによりsingle domainの2x1再構成表面上にBi(111)を作製できた。基板ステップに対して平行な方向と、ステップを横切る方向でのバンド分散において異方性が存在することが見いだされ、面内の異方的歪みによるバンド構造変調があることが示唆される。また、グラフェンを基板として作製した1～3原子層のBi(110)膜について、X2点の異方的なディラック状態に着目した解析を進め、論文として発表した。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ge(001)微傾斜ウエハを基板として用いることによりsingle domainの2x1再構成表面上にBi(111)を作製できた成果を発展させる。基板ステップに対して平行な方向と、ステップを横切る方向でのバンド分散において異方性が存在することが見いだされており、面内の異方的歪みによるバンド構造変調があることが示唆される。また、LEED測定の結果からは、Bi(111)膜はステップ端を架橋するようにテラス面上からは自立した構造であることが示唆された。これらの点の解明していくため、傾斜角度が異なるGe(001)微傾斜ウエハを用いてBi(111)膜を成長させ、異方的バンド分散の変化を明らかにする。研究期間での成果をまとめ、エピタキシャル歪みを制御することによる電子状態制御の知見を総括する。
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| Causes of Carryover |
当初の見込みよりも早く成長条件の探索を終えることができた。このため、物品購入において、エピタキシャル成長用の基板の購入量を減らすことができたため、当初予定の消耗品の金額との差異により次年度使用額が生じた。今年度の成果を発展させる傾斜角度が異なるGe(001)微傾斜ウエハを購入することが必要となった。このため新たな基板などの消耗品の購入を計画する
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