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2013 Fiscal Year Annual Research Report

トポロジカル絶縁体の新物質の開発とヘリカルスピン構造の解明

Research Project

Project/Area Number 23340105
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

木村 昭夫  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00272534)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 仲武 昌史  広島大学, 放射光科学研究センター, 助教 (60342599)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2014-03-31
Keywordsトポロジカル絶縁体 / トポロジカル表面状態 / ヘリカルスピンテクスチャ ー / スピン角度分解光電子分光 / キャリア制御
Research Abstract

平成25年度は引き続き、バルクのトポロジカル絶縁体新物質の開発と測定を行った。得られた成果の概要は以下の通りである。
1)本研究グループが2010年に発見した、理想的な表面ディラックコーンを有するトポロジカル絶縁体TlBiSe2について、これまで困難とされてきたバルク絶縁性の高い試料を世界に先駆けて作成することができた。実際に京都大学の白石研究室と共同で電子輸送特性を測定したところ、バルク絶縁性を示す縦抵抗の温度依存性と表面ディラックキャリアに由来する磁気振動の観測に初めて成功した。2)走査型トンネル顕微鏡および放射光励起内殻光電子分光を用いて、これまで未解明であったTlBiSe2最表面構造を決定し、最表面はSe層の上にタリウムの一原子層島が形成されていることを明らかにした。3) トポロジカル絶縁体新物質PbBi4Te4S3について放射光励起角度分解光電子分光を行ない、終端層の種類によってエネルギー位置の異なる2つのディラックコーンを観測した。さらには、スピン角度分解光電子分光を用いて、そのスピンテクスチャを明らかにした。4) 相変化材料として知られるp型トポロジカル絶縁体GeSb2Te4,GeSb4Te7について2光子光電子分光を行い、非占有側に明確な表面ディラックコーンを観測した。今年度は、12報の論文が著名な学術誌に掲載された。また研究代表者は8件の国際会議での招待講演、6件の国内会議での招待講演をうけた。また最新の研究成果について、国内外の学会にて報告した。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (56 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 11 results) Presentation (44 results) (of which Invited: 13 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] In-situ Studies of Structure and Magnetic Properties of Co Clusters on Au(111)2014

    • Author(s)
      Yusuke Kishimizu
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 12 Pages: 129-132

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2014.129

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] X-ray magnetic circular dichroism for CoxFe4-xN (x = 0, 3, 4) films grown by molecular beam epitaxy2014

    • Author(s)
      Keita Ito
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 115 Pages: 17C712/1-3

    • DOI

      10.1063/1.4862517

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exceptional behavior of d-like surface resonances on W(110): the one-step model in its density matrix formulation2014

    • Author(s)
      Juergen Braun
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 16 Pages: 015005/1-18

    • DOI

      doi:10.1088/1367-2630/16/1/015005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental verification of the surface termination in the topological insulator TlBiSe2 using core-level photoelectron spectroscopy and scanning tunneling microscopy2013

    • Author(s)
      Kenta Kuroda
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 245308/1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.245308

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structures and magnetic moments of Co3FeN thin films grown by molecular beam epitaxy2013

    • Author(s)
      Keita Ito
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 232403/1-4

    • DOI

      10.1063/1.4836655

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental Evidence of Hidden Topological Surface States in PbBi4Te72013

    • Author(s)
      Taichi Okuda
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 111 Pages: 206803/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.111.206803

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy Study on Valence Band Structure of Semiconducting BaSi22013

    • Author(s)
      Masakazu Baba
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 114 Pages: 123702/1-4

    • DOI

      10.1063/1.4823784

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lattice instability of Ni-Mn-Ga ferromagnetic shape memory alloys probed by hard X-ray photoelectron spectroscopy2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 072403/1-4

    • DOI

      10.1063/1.4818575

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unoccupied topological surface state in Bi2Te2Se2013

    • Author(s)
      Munisa Nurmamat
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 081301(R)/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.081301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tuning of magnetic and transport properties in Bi2Te3 by divalent Fe doping2013

    • Author(s)
      Na-Hyun Jo
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 87 Pages: 201105(R)/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.201105

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Perpendicular magnetic anisotropy with enhanced orbital moments of Fe adatoms on a topological surface of Bi2Se32013

    • Author(s)
      Mao Ye
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 25 Pages: 232201/1-5

    • DOI

      10.1088/0953-8984/25/23/232201

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] PbBi4Te7の埋もれたトポロジカル表面状態2014

    • Author(s)
      奥田太一
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス,平塚市
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] ホイスラー合金Ni-Fe-Ga-Coの硬X線光電子分光を用いたマルテンサイト機構の解明2014

    • Author(s)
      角田一樹
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス,平塚市
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体TlBiSe2の電子・スピン輸送特性2014

    • Author(s)
      江口学
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス,平塚市
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] 放射光内殻磁気二色性分光を用いたスピン機能材料の研究2014

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      平成25年度 文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業 微細構造解析プラットフォーム 第2回利用研究セミナー
    • Place of Presentation
      イーグレ姫路
    • Year and Date
      20140321-20140321
    • Invited
  • [Presentation] Unoccupied topological surface state in Bi2Te2Se2014

    • Author(s)
      Munisa Nurmamat
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Structure and magnetism of self-assembled Co nanoclusters on Au(111)2014

    • Author(s)
      Yusuke Kishimizu
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Spin-resolved ARPES Study on SrRuO42014

    • Author(s)
      Hideaki Iwasawa
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Magnetic and Electronic Structures of Cr-doped Topological Insulator (Sb,Bi)2Te32014

    • Author(s)
      Mao Ye
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Experimental evidence of buried topological surface states on PbBi4Te72014

    • Author(s)
      Taichi Okuda
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Surface states of bulk carrier controlled topological insulator TlBiSe22014

    • Author(s)
      Kaito Shirai
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Gigantic Rashba effect of surface state in Bi2Te2Se2014

    • Author(s)
      Koji Miyamoto
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] Core-level photoelectron spectroscopy and scanning tunneling microscopy of topological insulator TlBiSe22014

    • Author(s)
      Kenta Kuroda
    • Organizer
      The 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20140306-20140307
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体TlBiSe2のバルクキャリア制御された単結晶育成と表面状態の観測2014

    • Author(s)
      白井開渡
    • Organizer
      第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島国際会議場,広島市
    • Year and Date
      20140111-20140113
  • [Presentation] 硫黄置換された鉛系トポロジカル絶縁体PbBi4Te4S3の電子構造の研究2014

    • Author(s)
      棗田翼
    • Organizer
      第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島国際会議場,広島市
    • Year and Date
      20140111-20140113
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体 Bi2Te2Seの超巨大Rashba効果2014

    • Author(s)
      宮本幸治
    • Organizer
      第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島国際会議場,広島市
    • Year and Date
      20140111-20140113
  • [Presentation] 強磁性 Ni(110)上の Au一次元量子ワイヤにおける Rashba 型スピン分裂バンドの直接観測2014

    • Author(s)
      藁科拓也
    • Organizer
      第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島国際会議場,広島市
    • Year and Date
      20140111-20140113
  • [Presentation] PbBi4Te7 の埋もれたトポロジカル表面状態の直接観測2014

    • Author(s)
      奥田太一
    • Organizer
      第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島国際会議場,広島市
    • Year and Date
      20140111-20140113
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi2Se3における表面状態の偏光に依存した光電子のスピン偏極度2014

    • Author(s)
      黒田健太
    • Organizer
      第27回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島国際会議場,広島市
    • Year and Date
      20140111-20140113
  • [Presentation] Probing spin textures of three-dimensional topological insulators2014

    • Author(s)
      A. Kimura
    • Organizer
      Seminar at Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
    • Place of Presentation
      Novosibirsk, Russia
    • Year and Date
      2014-03-26
  • [Presentation] 放射光XMCD分光測定による高スピン偏極材料の電子構造の研究2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      日本真空学会12月研究例会 -薄膜・材料における反応・構造・電子状態の放射光による解析-
    • Place of Presentation
      上坪記念講堂(SPring-8)
    • Year and Date
      20131226-20131226
    • Invited
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体のスピン分解スペクトロスコピー2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      千葉大学融合科学研究科ナノ物性コースセミナー
    • Place of Presentation
      千葉大学融合科学研究科
    • Year and Date
      20131118-20131118
    • Invited
  • [Presentation] Probing Spin Textures of Topological Surface States in Ternary Chalcogenides2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      The 60th Annual AVS International Symposium and Exhibition
    • Place of Presentation
      Long Beach, California, USA
    • Year and Date
      20131027-20131101
    • Invited
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体のスピン物性と将来展望2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      物理学ゼミナール/自然界の構造・組織と物理ゼミナール
    • Place of Presentation
      熊本大学大学院自然科学研究科
    • Year and Date
      20131008-20131008
    • Invited
  • [Presentation] 相変化材料にみるトポロジカル絶縁体2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      第2回「表面科学の新展開を探る研究会」
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学
    • Year and Date
      20130929-20130929
    • Invited
  • [Presentation] Ge系トポロジカル絶縁体新物質・多層膜2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会 シンポジウム「トポロジカル絶縁体・超伝導体の新物質・新構造」
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス
    • Year and Date
      20130927-20130927
    • Invited
  • [Presentation] Au(111)上に形成したCoナノクラスターの構造と磁性2013

    • Author(s)
      岸水悠介
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス,徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 強磁性Ni(110)上のAu量子ワイヤにおけるRashbaスピン分裂バンド2013

    • Author(s)
      藁科拓也
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス,徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 非層状物質三元トポロジカル絶縁体TlBiSe2の劈開最表面の決定2013

    • Author(s)
      黒田健太
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス,徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 偏光依存スピン角度分解光電子分光を用いたトポロジカル絶縁体 Bi2Se3 における表面状態のスピンテクスチャーの研究2013

    • Author(s)
      黒田健太
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス,徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi2Te2Seの巨大Rashba効果2013

    • Author(s)
      宮本幸治
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス,徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] XMCDスペクトル形状から見るFe4N薄膜の局所電子状態2013

    • Author(s)
      伊藤啓太
    • Organizer
      第72回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学京田辺キャンパス,京田辺市
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] Lattice instability of Ni-Mn-Ga ferromagnetic shape memory alloys probed by hard X-ray photoelectron spectroscopy2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      2013 Donostia International Conference on Nanoscaled Magnetism and Applications
    • Place of Presentation
      San Sebastian, Spain
    • Year and Date
      20130909-20130913
  • [Presentation] Spin- and angle- resolved photoemission as a direct probe of spin textures in topological insulators2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      日本磁気学会第35回学術講演会シンポジウム”Magnetic study using quantum beam spectroscopy”
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      20130903-20130906
    • Invited
  • [Presentation] Spin- and angle- resolved photoemission as a direct probe of spin textures in topological insulators2013

    • Author(s)
      A. Kimura
    • Organizer
      IMS workshop on Advanced Spectroscopy of Correlated Materials
    • Place of Presentation
      Okazaki, Japan
    • Year and Date
      20130802-04
  • [Presentation] Can topological insulators further activate surface science field?2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      Hayashi Conference
    • Place of Presentation
      Hayama, Japan
    • Year and Date
      20130716-20130720
  • [Presentation] Electronic structure of topological insulator SnBi2Te42013

    • Author(s)
      Siyuan Zhu
    • Organizer
      38th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
    • Place of Presentation
      Hefei, China
    • Year and Date
      20130712-20130719
  • [Presentation] Persistent topological surface state in Bi2Te2Se2013

    • Author(s)
      Munisa Nurmamat
    • Organizer
      38th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
    • Place of Presentation
      Hefei, China
    • Year and Date
      20130712-20130719
  • [Presentation] Probing spin textures of topological surface states in ternary chalcogenides2013

    • Author(s)
      A. Kimura
    • Organizer
      The 14th International Conference on Formation of Semiconductor Interfaces
    • Place of Presentation
      Gyeongju, South Korea
    • Year and Date
      20130630-0705
  • [Presentation] Topological Insulators: A potential route to laser-assisted topological transition in phase change materials2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      The 13th Fundamentals of Laser Assisted Micro & Nanotechnologies Symposium
    • Place of Presentation
      St. Petersburg, Russia
    • Year and Date
      20130624-20130628
    • Invited
  • [Presentation] スピン分解光電子分光で捉えるトポロジカル絶縁体の表面電子状態2013

    • Author(s)
      木村 昭夫
    • Organizer
      九州表面・真空研究会2013
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      20130615-20130615
    • Invited
  • [Presentation] Probing spin textures of topological surface states in ternary chalcogenides2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      7th ISSP International Workshop and Symposium on Emergent Quantum Phases in Condensed Matter
    • Place of Presentation
      Kashiwa, Japan
    • Year and Date
      20130612-20130614
    • Invited
  • [Presentation] Probing spin textures of topological insulators by spin- and angle-resolved photoemission2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      Workshop on New Trends in Topological Insulators
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      20130603-20130606
    • Invited
  • [Presentation] Persistent topological surface state in unoccupied states of Bi2Te2Se2013

    • Author(s)
      Munisa Nurmamat
    • Organizer
      Workshop on New Trends in Topological Insulators
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      20130603-20130606
  • [Presentation] Probing spin textures of topological insulators by spin- and angle-resolved photoemission2013

    • Author(s)
      Akio Kimura
    • Organizer
      V. V. Nemoshkalenko Memorial Conference and Workshop: Electronic Structure and Electron Spectroscopies
    • Place of Presentation
      Kiev, Ukraine
    • Year and Date
      20130521-20130523
    • Invited
  • [Remarks] 外界から保護されたスピン流を持つトポロジカル絶縁体の発見

    • URL

      http://www.hsrc.hiroshima-u.ac.jp/result/spin4.htm

URL: 

Published: 2015-05-28  

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