2023 Fiscal Year Research-status Report
Excitonic topological states investigated by laser photoemission spectroscopy
| Project/Area Number |
23K13041
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
森 亮 東京大学, 物性研究所, 助教 (20974885)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
|
| Keywords | 光電子分光 / 励起子 / トポロジカル物質 / 角度分解光電子分光 / 時間分解光電子分光 / 非平衡 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、近年新しく発見された、トポロジカル物質内の光励起によって発現するエキシトニックな状態（エキシトニックトポロジカル状態 ）について、基礎的な性質を調べることである。励起子（エキシトン）とは、光で励起された電子と正孔のペアのつくる準粒子の一つであり、励起光の特性や物質の次元性などの発生環境条件を変化させることで、密度や相互作用をチューニングが可能であるとされている。これによって、様々な量子相や量子相転移などの発現・制御が可能であることが示唆されている。
本年度は、エキシトンの生成条件の中でも、その特性を支配する重要なパラメータである、温度と励起光の強度を変化させ、エキシトニックトポロジカル状態の振る舞いの温度依存性と光強度依存性を明らかにすることにフォーカスをあてた研究を進めた。実験手法としては主に角度分解光電子分光（ARPES）を用い、トポロジカル絶縁体内に光励起によって生じるエキシトニックトポロジカル状態の電子の状態を、エネルギーと運動量の分散関係を直接観測し、測定温度と励起光強度という二つのパラメータを振ることで挙動の変化を直接的に捉える。得られた結果を解析し、エキシトニックトポロジカル状態における、電子と正孔ペアの量子相の連続的な転移を捉えることに成功した。この結果は、ある一定の励起光強度（エキシトン密度）と一定の温度の範囲においてエキシトニックな凝縮状態の実現の可能性を示唆している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的であったエキシトニックトポロジカル状態の基本的性質の理解という面において、新たな実験データの解析と議論が進んだことによって、新しい知見が得られた。探索にあたって未踏な領域や未解決な問題は数多く残るものの、エキシトニックトポロジカル状態という新しく発見された状態についての理解は着実に進んでいる。さらに、今後の展開へ影響を及ぼす可能性が高い示唆的なデータも存在しており、理論モデルや計算シミュレーションと組み合わせることで、新たな展望が拓ける可能性も示している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究によって、エキシトニックトポロジカル状態の基本的性質を、測定器の条件（励起光強度・測定温度）を変えることで研究を進めた。次年度は他の制御パラメータ、特に試料物質側の条件（ドーピングレベルや次元性）を変化させることにフォーカスをあてていく。特に生成時間や寿命などのダイナミクスへの変化という点に注目して、各パラメータの与える影響を明らかにする。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] 新規励起子絶縁体候補物質GdGaIへのK蒸着で次元性が変化する電子構造の角度分解光電子分光観察2024
Author(s)
合戸洸平, 大熊隆太郎, 藤澤唯太, 友田七海, 岩田拓万, 有田将司, Yuyan Dong, 川口海周, 森亮, 黒田健太, 岡田佳憲, 近藤猛
Organizer
日本物理学会 2024年春季大会
-
-
[Presentation] 遷移金属ダイカルコゲナイド1T-TiS2における角度分解光電子分光スペクトルの励起光エネルギー・偏光依存性2023
Author(s)
田中宏明, 岡崎尚太, 福島優斗, 川口海周, 原沢あゆみ, 飯盛 拓嗣, 小森文夫, 有田将司, 森亮, 黒田健太, 笹川崇男, 近藤猛
Organizer
日本物理学会 第78回年次大会
-
-
-
-
[Presentation] The electronic structure of GdGaI, a new excitonic insulator candidate, modified with K-deposition, revealed by ARPES2023
Author(s)
Kohei Aido, Ryutaro Okuma, Yuita Fujisawa, Nanami Tomoda, Yuyang Dong, Kaishu Kawaguchi, Ryo Mori, Takuma Iwata, Kenta Kuroda, Masashi Arita, Yohsinori Okada, Takeshi Kondo
Organizer
Max Planck-UBC-UTokyo Centre for Quantum Materials 2023 Workshop
Int'l Joint Research
-
[Presentation] 角度分解光電子分光による新規励起子絶縁体候補物質GdGaIのK蒸着で変化させた電子構造の直接観察2023
Author(s)
合戸洸平, 大熊隆太郎, 藤澤唯太, 友田七海, Yuyang Dong, 川口海周, 森亮, 岩田拓万, 黒田健太, 有田将司, 岡田佳憲, 近藤猛
Organizer
表面界面スペクトロスコピー2023
