2011 Fiscal Year Annual Research Report
超高分解能3次元スピン分解光電子分光による新機能物質の基盤電子状態解析
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23224010
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 隆 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (00142919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 宇史 東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (10361065)
相馬 清吾 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (20431489)
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| Keywords | 光電子分光 / スピントロニクス / 新機能物質 |
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| Research Abstract |
3次元スピン分解光電子分光装置の全体の設計と製作として、分解能向上を達成するための各部分装置の適性配置を決定し、装置の中心部となる二次元電子エネルギー分析器と超高真空ミューメタル測定槽の設計と製作を行った。低速スピン検出器の製作として、スピン検出効率を向上させるために、スピン検出器の設計と強磁性薄膜を用いた低速電子散乱ターゲットの作成を行った。薄膜基板を製作するための真空槽を立ち上げ、実際に基板の清浄化を行い、さらに薄膜作成のための蒸着源を製作し、薄膜作成真空槽の立ち上げも行った。電子偏向器の設計として、電子エネルギー分析器からスピン検出器へ電子を移送するレンズ系の設計を行った。電子軌道シミュレーションにより、高スループット・高分解能のための最適な電極形状・配置・印可電圧を決定し、低速電子を取り扱うための電極表面材質について検討を加えた。
装置開発と並行して、角度分解光電子分光法により、トポロジカル絶縁体およびトポロジカル超伝導体の電子構造の研究を行った。タリウム系3元カルコゲナイドTIM'X_2ついて、X(S,Se)を系統的に変化させて電子構造を詳しく調べた結果、トポロジカル量子相転移によりディラック表面状態にギャップが形成される事を見出した。時間反転対称性を明示的に破っていない事から、新たなギャップ形成機構が存在することを提唱した。トポロジカル絶縁体Bi_<2-x>Sb_xTe_<3-y>Se_yについて、系統的にx,y組成を変化させた実験を行い、この物質がトポロジカル数を保ちながら高いバルク絶縁性を示し、且つディラック電子状態のエネルギー位置が制御可能な物質である事を見出した。また、新型トポロジカル絶縁体として、Pb(Bi_<1-x>Sb_x)_2Te_4を見出した。トポロジカル超伝導体の候補物質のCu_xBi_2Se_3について、常伝導状態の電子構造のCu濃度依存性を決定し、この物質の超伝導にはキャリア数の増加とは別に重要な発現機構がある可能性を見出した0
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
タリウム系3元カルコゲナイドTlBi(S,Se)_2において、角度分解光電子分光により、時間反転対称性を明示的に破る事無くディラック電子に質量が付与される事を見出した。これは従来の理解では説明できない現象であり、今後、開発する3次元スピン分解光電子分光装置により、その起源を明らかにしていくことで、ディラック電子状態についての深い理解が得られると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元スピン分解光電子分光装置の開発を計画通りに進める。電子偏向器、低速電子スピン検出器、多軸回転マニピュレーター、電子分析器、高輝度プラズマ放電管、などの要素技術の開発を行い、これらを組み合わせて、3次元スピン分解光電子分光装置を建設する。装置各部間のマッチング調整、漏洩磁場・ノイズ対策を行い、高エネルギー分解能を達成する。なお、目的の性能が達せられなかった場合は、適宜、要素技術の開発に立ち戻り、問題点・改善点を検討して、装置全体の性能改善を行う。建設した装置を用いて、トポロジカル絶縁体、ラシュバ金属、巨大磁気抵抗物質、ハーフメタルなどのスピン分解ARPESを行い、フェルミ面、バンド分散、スピン偏極率とスピンベクトル、および準粒子のダイナミックスを、バルク・表面・界面に分離して高精度で決定することで、物性の起源となる基盤電子構造を明らかにする。
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Research Products
(26 results)
