2014 Fiscal Year Annual Research Report
バレー自由度を有するラシュバ系での特異な電子スピン物性
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25287070
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
坂本 一之 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (70261542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
小野 新平 一般財団法人電力中央研究所, 材料科学研究所, 主任研究員 (30371298)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / スピン軌道相互作用 / バレー自由度 / スピン偏極電子バンド / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異方性を有する基板上での特異なスピン偏極バレーバンド研究として、まずはスピン・角度分解光電子分光によりフェルミ準位直下にホールライクなバレー構造を有するタリウム(Tl)吸着シリコン(110)（Si(110)）表面のスピン偏極電子構造を測定した。その結果、波数空間においてバレー内のスピン偏極ベクトルが波数に依存して面内から面直と変化することがわかった。この結果をうけて行った第一原理計算により得た同表面の波数に依存したスピン偏極ベクトルと実験結果は良い一致を示し、スピン偏極ベクトルの変化が基板の対称性に起因することがわかった。また、異方的なスピン偏極バレーバンドの候補として、原子構造が(1×1)の周期性を有するビスマス（Bi）、鉛（Pb）やインジウム(In)を吸着させたSi(110)表面の電子構造を角度分解光電子分光により測定した。これらのうちPb/Si(110)においてラシュバ効果によって分裂した異方的なバンドが見えたものの、その束縛エネルギーは大きく、スピンフィルターとしてのバレー構造とはほど遠いものであった。Bi/Si(110)は大きなラシュバ分裂は観測されず、In/Si(110)では急峻な金属的電子バンドが見えたがラシュバ分裂はなかった。Si(110)表面上でBi、PbとInを吸着させてSi(110)表面でスピンフィルターとしてはバレーバンドの可能性が小さいことから、巨大バレーバンドの作製に方向転換した。巨大バレーバンドを有する試料の候補として考えた、TlとBiをSi(111)表面上に共吸着させて作製したTlBi合金薄膜の電子構造を測定したところ表面ブリルアンゾーンの端において巨大なバレー構造を有する可能性があることがわかった。マイクロ12端子プローブ測定装置に関してはすべての部品が揃い、セットアップがほとんど終わった状態である。
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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
交付申請書に記載した、Tl/Si(110)-(1×1)表面のバレー構造における波数に依存したスピン偏極電子状態をスピン・角度分解光電子分光により実験的にもとめたのみでなく、第一原理計算による同表面のスピン偏極電子構造の結果から特異な電子構造の起源に関する知見を得た。また、Bi/、Pb/、In/Si(110)-(1×1)を作製し、それぞれの表面の電子構造を角度分解光電子分光によりもとめた。また、巨大バレーバンドを有する試料の作製を目的にSi(111)表面上にTlとBiを吸着させたところ、TlまたはBiのみを吸着させたときとはまったくことなる電子構造を観測した。これはTlとBiが合金化している可能性を示すものである。また、このTlBi合金が表面ブリルアンゾーンの端において巨大バレー構造を有する可能性があることを見出したのは当初の計画以上の進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
巨大バレー構造を有する可能性のあるSi(111)表面上のTlBi合金の詳細な電子構造を高分解能角度分解光電子分光より、スピン構造をスピン・角度分解光電子分光よりもとめる。また、走査トンネル顕微鏡を用いて合金の構造を明らかにするのみでなく、準粒子干渉を測定することで電子スピンの散乱に関する知見を得てバレーのスピンフィルター機能を議論する。同様な巨大バレー構造の可能性TlとPb、BiとPb、TlとIn、InとBiなどを共吸着させて探る。巨大なバレー構造が観測されてもの関してはそのスピン状態を測定した後、準粒子干渉より電子スピンの散乱を調べる。電子散乱が抑制された系においてマイクロ多端子プローブ測定装置を用いて伝導測定を行い、バレーによってスピン流が制御できるデバイスの作製を目指して、バレーのスピンフィルターとしての役割を議論する。
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| Causes of Carryover |
マイクロ多端子プローブ測定装置のセットアップが遅れたことでマイクロ多端子プローブの購入個数が減ったためと、走査トンネル顕微鏡を用いた準粒子干渉よる電子スピンの散乱に関する実験の一部を外部機関に出張して行うことを計画していたが、先方の実験トラブルなどのため延期になったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
外部での走査トンネル顕微鏡を用いた実験をより効率化するために複数の外部機関への出張と、マイクロ多端子プローブの購入に使用する。
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[Journal Article] Recent progress in scanning electron microscopy for the characterization of fine structural details of nano materials2014
Author(s)
M. Suga, S. Asahina, Y. Sakuda, H. Kazumori, H. Nishiyama, T. Nokuo, V. Alfredsson, T. Kjellman, S.M. Stevens, H.S. Cho, M. Cho, L. Han, S. Che, M.W. Anderson, F. Schuth, H. Deng, O.M. Yaghi, Z. Liu, H.Y. Jeong, A. Strein, K. Sakamoto, R. Ryoo, and O. Terasaki
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Journal Title
Progress in Solid State Chemistry
Volume: 42
Pages: 1-21
DOI
Peer Reviewed
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