2021 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ集光レーザーを用いた磁気ドメイン選択的ARPESによるワイル磁性体の研究
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21J20657
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 宏明 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 角度分解光電子分光 / 電子構造 / ワイル半金属 / トポロジカル物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
- 薄片試料に対する角度分解光電子分光(ARPES)測定の実現を目指し、装置開発と実験手法の検討を行った。具体的には、薄片を大気にさらすことなく超高真空のARPESチャンバーへ導入するため、高真空を保ったまま試料を搬送できるバキュームスーツケースの設計と製作を行った。また、薄片作製を大気中ではなく窒素雰囲気下で行うために、窒素雰囲気グローブボックス内で試料を扱うマニピュレーターシステムの構築に貢献した。
- ARPES測定で得られるスペクトルを理論的に予測するソフトウェアの開発を行った。光電子分光スペクトルは、入射した光電場による電子の励起確率を計算することで求めることができる。第一原理計算ソフトウェアOpenMXを利用し、出力される波動関数の情報から光電子励起確率を計算するプログラムを開発した。ARPESスペクトルが特徴的な分布を示すグラフェンやその類似物質に関して実際に計算を行い、先行研究の実験やシミュレーションと一致する結果を得られることを確認した。
- 遷移金属ダイカルコゲナイドNbS2に3d金属元素をインターカレートしたMNb3S6(M=Fe, Co, Ni)に対してARPESによる電子状態観測を行った成果がPhysical Review B誌に掲載された。この系において、特にCoをインターカレートしたCoNb3S6は弱い面直強磁性磁化に対し巨大な異常Hall応答を示すことで注目されており、電子状態の直接観測によってその起源に迫ることができた[Phys. Rev. B 105, L121102 (2022)]。
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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
現在角度分解光電子分光(ARPES)測定を試みている試料は、その特性上厚さ100 nm程度の薄片にすることが必要である。このような試料作製は通常のARPESでは用いられない手法であるため、試料の作製から測定チャンバーへの輸送に必要な装置開発に現在取り組んでいる。現時点では観測の成功には至っていないが、これまでに判明した問題点を解消すべく取り組んでいる段階にある。
実験と並行して、ARPES測定で得られるスペクトルをシミュレーションするソフトウェアの開発も行っている。こちらは大半の実装が終了し、先行研究と一致する結果が得られていることから、順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き、薄片試料に対する角度分解光電子分光測定のための装置開発を行う。
これまでのテストにより、試料輸送時の真空保持に問題があることが分かっており、真空を長時間維持できる手順の確立を目指す。
ソフトウェアについては、先行研究との比較を行う他、我々が実験を行った物質に対しても計算を行い、実験と計算の比較を行う。
特に、大規模なスラブ計算が必要な表面状態についてスーパーコンピューターを利用した計算を行う。
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