2016 Fiscal Year Annual Research Report
極低温・超高分解能レーザー光電子分光の開発と低温超伝導体の超伝導機構の解明
Project/Area Number |
25220707
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
辛 埴 東京大学, 物性研究所, 教授 (00162785)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 猛 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
石田 行章 東京大学, 物性研究所, 助教 (30442924)
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Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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Keywords | 光電子分光 / レーザー / 超電導 / 超低温 / 高分解能 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、世界の追随を許さない測定温度500mK、最高分解能50μeVの未踏性能を持つヘリウム3クライオスタット搭載型の角度分解光電子分光装置を開発し、エキゾチック低温超伝導体が持つ超伝導ギャップの直接観測を通して、超伝導転移温度の飛躍的向上への指針確立を目指す。プロジェクト成功への鍵となる主要パーツは、光電子アナライザー、sCMOS型検知器システム, ヘリウム3クライオスタット、磁気シールド搭載真空チャンバー、及び、高繰り返しレーザー光源の5つである。H28年度の経費で購入した主な物品は、光電子アナライザーとsCMOS型検知器システムを連動制御する「超高分解能光電子エネルギー分析器用測定ソフトウェア(開発費を含む)」であり、以下の極限測定の達成に成功した。 従来のCCDカメラではなくsCMOSカメラを組み込む新型検知器システムを導入し、その性能を最大限に活かした高速フレームレート測定を可能とするソフトウェア開発を行なった。光電子数を感度強度から概算していた従来の測定手法では、ぼやけた光電子画像を解析するため、エネルギー分解能に制約を受けていた。我々が開発した新型検知器システムによって、高速フレームレートならではのパルスカウンティング(光電子一つと感光イベントを一対一対応させる)測定が可能となった。これにより、極限分解能をチャンピョンデータとして記録するだけにとどまらず、実測定においても装置が持つ最高性能を汎用に活かせる測定システムが構築できたことになる。
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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
キックオフ初年度の早い段階で装置全体を俯瞰する設計図を完成させ、掲げた装置性能を実現するために、主要パーツの極限的性能の達成へ向けて、同時並行的に開発をスタートすることができた。磁気シールド搭載真空チャンバーの設計及び開発は当初の計画通りに推進でき、それを具現化した実際の性能は予想を上回った。ヘリウム3クライオスタットでは、ヘリウム3ガスの液化通路となるキャピラリーの最適条件を追求することで、設計にほぼ近い冷却能力を達成できている。検知器とソフトウェア開発では、従来のCCDカメラよりも、感度、角度解像度、エネルギー解像度、及びフレーム率の主要項目全てにおいて劇的な改善をもたらすsCMOSカメラを導入し、光電子画像の高速処理と連動させることで、理想的な光電子分光技術といえるパルスカウンティングを実測定に活かす装置環境を整えた。光電子アナライザーに関しては、半球型アナライザー内に配置する光電子が飛び込むスリットへのコーティング技術を改善することで、角度分解光電子分光イメージングに更なる信頼性をもたらした。以上のように、本プロジェクトで掲げる超低温・超高分解能装置の開発で不可欠となる主要項目の極限化に成功したことで、集大成となるH29年度内に、測定システムとしての目標性能達成と、いよいよ完成する装置を用いた極限物性研究が始動する道筋が立った。
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Strategy for Future Research Activity |
本年度は、本プロジェクトで掲げる超低温高分解能角度分解光電子分光装置開発の集大成として、組み上がった装置の性能チェックと微調整のフィードバックループを通して、試料部温度500mK、最高分解能50μeVの目標達成を成し遂げる計画である。目標達成への鍵となる確認項目を具体的に挙げると、建物電源とのアース接続の最適化、冷媒となるヘリウム3の流量調整、サーマルシールドの機能性確認と向上、光電子スペースチャージ効果の抑制、KBBF非線形結晶による高調波発生の安定供給、などがある。これらの項目の地道な最適化は、装置を構成する主要パーツで実証済みの極限性能を実測定へと結実させる上で重要であり、本プロジェクトの成功を左右する。 装置開発を完了させることと並行して、本年度では、当初より掲げるエキゾチック超伝導体を主な対象とした極限物性研究を実施する。最先端の物性研究で潮流となりつつあるトポロジカル物性を兼ね備える超伝導体の研究では、未だ直接観察が成し遂げられていなトポロジカル超伝導体の探索を代表として、要求される電子構造の微細化が進んでいる。我々はこれまで、バルク超伝導体上に薄膜成長させたトポロジカル物質の超高分解能観察から、スピン偏極ディラック電子構造に、近接効果由来の超伝導ギャップを観察することに成功している。この実績をさらに発展させ、世界最高分解能の達成と合わせて、トポロジカル超伝導体の直接観察達成へ挑む予定である。最前線の物性研究が要求する測定精度と、本プロジェクトで掲げる装置性能のマッチングはよく、我々の新装置が活躍する舞台は目の前に大きく広がっていると言ってよい。
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Research Products
(56 results)
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[Journal Article] Fermi arc electronic structure and Chern numbers in the type-II Weyl semimetal candidate Mo x W 1-x Te 22016
Author(s)
I.Belopolski, S.Y.Xu, Y.Ishida, X.Pan, P.Yu, D.S.Sanchez, H.Zheng, M.Neupane, N. Alidoust, G.Chang,T.R.Chang, Y.Wu,G.Bian, S.M.Huang, C.C.Lee, D.Mou, L.Huang, Y. Song, B.Wang, G.Wang, Y.W.Yeh, N.Yao, J.E.Rault, P.L.F`evre, F.Bertran, H.T.Jeng, T. Kondo, A.Kaminski, H.Lin, Z.Liu, F.Song, S.Shin, M.Z.Hasan
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 94
Pages: 85127(1-7)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] 1Slater to Mott Crossover in the Metal to Insulator Transition of Nd2Ir2O72016
Author(s)
M.Nakayama, T.Kondo, Z.Tian, J.J.Ishikawa, M.Halim, C.Bareille, W.Malaeb, K.Kuroda, T. Tomita, S.Ideta, K.Tanaka, M.Matsunami, S.Kimura, N.Inami, K.Ono, H.Kumigashira, L. Balents, S.Nakatsuji, S.Shin
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Journal Title
Physical Review Letter
Volume: 117
Pages: 56403(1-6)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] High-resolution three-dimensional spin-and angle-resolved photoelectron spectrometer using vacuum ultraviolet laser light2016
Author(s)
K. Yaji, A. Harasawa, K. Kuroda, S. Toyohisa, M. Nakayama, Y. Ishida, A. Fukushima, S. Watanabe, C.Chen, F.Komori, S.Shin
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 87
Pages: 53111(1-6)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 角度分解光電子分光で観測するCd2Os2O7の電子状態2017
Author(s)
中山充大, 近藤猛, 廣瀬陽代, 黒田健太, Balleile C dric, 坂野昌人, 明比俊太朗, 野口亮, 國定聡, 広井善二, 辛埴
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] キラルな結晶構造を有するテルル単体のバンド構造の観測2017
Author(s)
坂野昌人, 平山元昭, 高橋敬成, 明比俊太朗, 中山充大, 黒田健太, 宮本幸治, 奥田太一, 小野寛太, 組頭広志, 三宅隆, 村上修一, 笹川崇男, 近藤猛
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] レーザー角度分解光電子分光によるBi2Se3/Nbの超伝導電子状態の観測 22017
Author(s)
都築章宏, 岡崎浩三, 大田由一, 橋本嵩広, 渡部俊太郎, C.-T.Chen, David Floetotto, Yang Bai, Can Zhang, James N. Eckstein, Tai Chang Chiang, 辛埴
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 時間分解光電子分光による励起子絶縁体Ta2NiSe5における光誘起金属相の観測2017
Author(s)
小川優, 山本貴士, 岡田大, 染谷隆史, 道前翔矢, 片山尚幸, 野原実, 高木英典, 魯楊帆, 澤博, 溝川貴司, 藤澤正美, 金井輝人, 石井順久, 板谷治郎, 辛埴, 岡崎浩三
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] BaKFe2As2の超伝導状態における反強的電子構造2017
Author(s)
下志万貴博, Walid Malaeb, 近藤猛, 木方邦宏, 李哲虎, 伊豫彰, 永崎洋, 石田茂之, 中島正道, 内田慎一, 大串研也, 石坂香子, 辛埴
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] レーザー角度分解光電子分光によるFe(Se,S)の超伝導ギャップの観測2017
Author(s)
橋本嵩広, 大田由一, 渡部俊太郎,C.-T. Chen, 綿重達哉, 小林遼, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 岡崎浩三, 辛埴, 都築章宏
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 偏光変調型軟X線光源による磁気光学効果の研究2017
Author(s)
久保田 雄也, 平田 靖透, 田口 宗孝, 宮脇 淳,山本 達, 保原 麗, 山本 真吾, 山本 航平, 染谷隆史, 田久保 耕, 横山 優一, 荒木 実穂子, 藤澤正美, 原田 慈久, 角田 匡清, 和達 大樹, 辛 埴,松田 巌
Organizer
第64回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
Year and Date
2017-03-14 – 2017-03-17
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[Presentation] レーザー励起磁化反転観測のための時間分解X 線磁気円二色性装置開発2017
Author(s)
和達 大樹, 山本 航平, 田久保 耕, 平田 靖透, 横山 優一, 山本 達, 大河内 拓雄, 木下 豊彦, 関 剛斎, 高梨 弘毅, 辛 埴, 松田 巌
Organizer
第64回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
Year and Date
2017-03-14 – 2017-03-17
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[Presentation] レーザー角度分解光電子分光によるBi2Se3/Nbの超伝導電子状態の観測2016
Author(s)
大田由一, 岡崎浩三, 橋本嵩広, 渡部俊太郎, C.-T.Chen, David Floetotto, Yang Bai, Can Zhang, James N. Eckstein, Tai Chang Chiang, 辛埴
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会(物性)
Place of Presentation
金沢大学(石川県金沢市)
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Presentation] レーザー角度分解光電子分光によるFeSeの軌道秩序状態における超伝導ギャップ異方性の観測 22016
Author(s)
橋本嵩広, 大田由一, 山本遇哲, 鈴木裕也, 下志万貴博, 渡部俊太郎, C.-T. Chen, 綿重達哉, 小林遼, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 岡崎浩三, 辛埴
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会(物性)
Place of Presentation
金沢大学(石川県金沢市)
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Presentation] Ba(Fe0.65Ru0.35)2As2における超伝導ギャップのkz依存性とスピン軌道相互作用2016
Author(s)
岡﨑浩三, 劉亮, 吉田鉄平, 鈴木博人, 堀尾眞史, L. C. C. Ambolode II, 徐健, 出田真一郎, M. Hashimoto, D. H. Lu, Z.-X. Shen, 大田由一, 辛埴, 中島正道, 石田茂之, 木方邦宏, 李哲虎, 伊豫彰, 永崎洋, 三上拓也, 掛下照久, 内田慎一, 藤森淳
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会(物性)
Place of Presentation
金沢大学(石川県金沢市)
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Presentation] 高次高調波時間分解光電子分光による鉄系超伝導体母物質BaFe2As2におけるコヒーレントフォノン励起の観測2016
Author(s)
岡﨑浩三, 鈴木博人, 山本貴士, 染谷隆史, 岡田大, 小川優, 中島正道, 永崎洋, 藤澤正美, 金井輝人, 石井順久, 板谷治郎, 藤森淳, 辛埴
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会(物性)
Place of Presentation
金沢大学(石川県金沢市)
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Presentation] SACLAを用いて観測したβ-MoTe2の超高速格子ダイナミクス2016
Author(s)
中村飛鳥, 下志万貴博, 石坂香子, 田久保耕, 平田靖透, 和達大樹, 山本達, 松田巌, 田中良和, 辛埴, 池浦晃至, 酒井英明, 石渡晋太郎, 富樫格, 大和田成起, 片山哲夫, 登野健介, 矢橋牧名
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会(物性)
Place of Presentation
金沢大学(石川県金沢市)
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Presentation] Topological nature of the grey arsenic surface2016
Author(s)
P. Zhang, J.-Z. MaA, Y. Ishida, B.-Q. LvA, K. Yaji, Q.-N. XuA, H.-M. WengA, X. DaiA, F. ZhongA, L.-X. ZhaoA, G.-F. ChenA, T. QianA, H. DingA, S. Shin
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会(物性)
Place of Presentation
金沢大学(石川県金沢市)
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Book] 固体物理2016
Author(s)
近藤 猛,竹内恒博,辛 埴
Total Pages
854(203-221)
Publisher
アグネ技術センター
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