2022 Fiscal Year Annual Research Report
顕微角度分解光電子分光で解明する極限トポロジカルエッジ状態
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21H04439
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
近藤 猛 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
平山 元昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (70761005)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 光電子分光 / レーザー / トポロジカル物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新しく提案されるトポロジカル量子相では要求される実験条件が厳しさを増し、その観察には極限技術が必要となってきた。その代表例が「高次トポロジカルエッジ状態」「ワイル磁性電子状態」「マヨラナ励起状態」である。これらは応用利用への期待も大きいため、解明できるか否かが今後の物性物理学の発展を左右する。しかし、そのブレークスルーと成り得る直接バンド観察は極めてチャレンジングである。それを克服するため連続波発振レーザーを導入し、それと組み合わせた光電子分光装置のエネルギー・運動量分解能を確かめた。これらは装置開発を成功させる上で最重要となる項目であるが、計画通りの満足の行く性能が確かめられている。それを通じて整備された装置を用いて、様々な形態のトポロジカル状態を測定している。通常絶縁体、弱いトポロジカル絶縁体、高次トポロジカル物質など、１次元鎖の積層でトポロジカル相をデザインするこれまでの発展研究として、よりギャップサイズが大きく安定化を実現した新たなトポロジカル絶縁体の測定を行った。また、鉄系超伝導結晶の表面に新規スピン偏極状態を見出すなど、レーザー光電子分光の特徴となる高分解能測定を活かした実験を行った。磁気スキルミオン物質の電子構造においても一連の試料を用いた系統的な測定から、理論とも整合性の良い結果が得られている。ファンデルワールス結晶の剥離試料や、トポロジカル薄膜を組み込んだ材料による新規トポロジカル相の開拓研究を進めるためバキュームケースを活用した試料準備及び光電子分光実験も実施した。
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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
連続波発振レーザーはスペースチャージ効果を無くすことができるため、集光しつつも高分解能測定を可能とする。連続波発振レーザーの導入が終わり、それを活用したビームラインの整備が着実に進んでいる。パルス性の強いレーザーとは異なり、連続波発振レーザーならではの超高分解能測定が可能となった。並行して、トポロジカル物性の開拓を進めており、鉄系超伝導のスピン偏極状態や、磁気スキルミオン物質の電子構造の解明など、本研究の目的達成に向けた装置開発および実験が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
整備された装置を用いて、去年度に引き続き、様々な形態のトポロジカルエッジ状態を測定する。特に、高次トポロジカル候補物質に於けるヒンジ電子構造の解明や、極低温で可能となるトポロジカル超伝導体のエッジ状態観測を行う。これらのトポロジカル相で発生するスピン流のパスは、結晶表面の構造的差異で変化し、理論的にも不確定性があるため、その解明には顕微分光による選別観察が求められる。また、顕微分光測定の強みを活かして、ファンデルワールス結晶の剥離試料や、トポロジカル薄膜を組み込んだ材料で発現が期待される新規のトポロジカル相を開拓する。近藤(代表)が装置開発及びARPES測定を行う。笹川(分担者)が有力候補物質の純良大型単結晶試料や薄膜試料の作成を行い、それらの検証及び解明を平山(分担者)による理論研究の協力のもと近藤(代表者)が直接バンド観察から行う。
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[Journal Article] Direct Observation of the Topological Surface State in the Topological Superconductor 2M-WS22022
Author(s)
Soohyun Cho, Soonsang Huh, Yuqiang Fang, Chenqiang Hua, Hua Bai, Zhicheng Jiang, Zhengtai Liu, Jishan Liu, Zhenhua Chen, Yuto Fukushima, Ayumi Harasawa, Kaishu Kawaguchi, Shik Shin, Takeshi Kondo, Yunhao Lu, Gang Mu, Fuqiang Huang, and Dawei Shen.
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 22
Pages: 8827-8834
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Coexistence of Strong and Weak Topological Orders in a Quasi-One-Dimensional Material2022
Author(s)
De-Yang Wang, Qi Jiang, Kenta Kuroda, Kaishu Kawaguchi, Ayumi Harasawa, Koichiro Yaji, Arthur Ernst, Hao-Ji Qian, Wen-Jing Liu, He-Ming Zha, Zhi-Cheng Jiang, Ni Ma, Hong-Ping Mei, Ang Li, Takeshi Kondo, Shan Qiao, and Mao Ye.
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 129
Pages: 146401(1-6)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Large anomalous Hall effect induced by weak ferromagnetism in the noncentrosymmetric antiferromagnet CoNb3S62022
Author(s)
Hiroaki Tanaka, Shota Okazaki, Kenta Kuroda, Ryo Noguchi, Yosuke Arai, Susumu Minami, Shinichiro Ideta, Kiyohisa Tanaka, Donghui Lu, Makoto Hashimoto, Viktor Kandyba, Mattia Cattelan, Alexei Barinov, Takayuki Muro, Takao Sasagawa, and Takeshi Kondo.
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 105
Pages: L121102(1-7)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 少数キャリア半金属 CeX における強相関電子状態2023
Author(s)
新井陽介, 黒田健太, 野本拓也, 筒井智嗣, 田中宏明, Yuyang Dong, 岩田拓万, 片山和郷, 水上雄太, 平井大悟郎, 辛埴, 久保田正人, 芳賀芳範, 鈴木博之, 宮坂茂樹, 田島節子, 有田亮太郎, 近藤猛
Organizer
日本物理学会2023年春季大会
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[Presentation] AB積層結晶の表面近傍電子状態におけるらせん対称性の破れ2023
Author(s)
田中宏明, 岡崎尚太, 小林賢, 福島優斗, 新井陽介, 飯盛拓嗣, Mikk Lippmaa, 山神光平, 小谷佳範, 小森文夫, 黒田健太, 笹川崇男, 近藤猛
Organizer
日本物理学会2023年春季大会
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[Presentation] 角度分解光電子分光を用いてTN以上の常磁性状態で観察する多層型銅酸化物超伝導体の電子構造2023
Author(s)
黒川輝風, 國定聡, 磯野隼佑, 大久保卓, 酒井志朗, T. K. Kim, M. Wattson, C. Cacho, 橋本信, Donghui Lu, 遠山貴己, 常盤和靖, 近藤猛
Organizer
日本物理学会2023年春季大会
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[Presentation] 角度分解光電子分光で解明する多層型銅酸化物超伝導体の強結合超伝導状態2022
Author(s)
黒川輝風, 大久保卓, A. Yang, 野村肇宏, 小濱芳允, 國定聡, 酒井志朗, C. Lin, 黒田健太, T. K. Kim, M. Wattson, C. Cacho, 辛埴, 遠山貴己, 常盤和靖, 近藤猛
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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[Presentation] Relationship between electronic structure and magnetism of Gd-based skyrmion materials studied by ARPES2022
Author(s)
Yuyang Dong, Masayuki Ochi, Yosuke Arai, Kenta Kuroda, Natsumi Tanaka, Ryu Nakachi, Yuxuan Wan, Donghui Lu, Makoto Hashimoto, Timur Kim, Matthew Watson, Cephise Cacho, Takayuki Muro, Ryuji Higashinaka, Yuji Aoki, Tatsuma D. Matsuda, Takeshi Kondo
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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