2014 Fiscal Year Research-status Report
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26800165
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石田 行章 東京大学, 物性研究所, 助教 (30442924)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 時間分解光電子分光 / トポロジカル絶縁体 / 近藤半導体 / 表面光起電力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生増幅Ti:Sapphireパルスレーザーを用いた時間分解光電子分光システムの高度化を行った。音響光学素子を用いることで、パルスの繰り返し周波数を分周できるようにした。これまで試料は4マイクロ秒毎にパルス光を照射されていたが、この時間間隔を256マイクロ秒まで伸ばすことが可能となった。この他、装置のエネルギー分解能がフェムト秒域で世界最高分解能の11 meVを有すること、また角度分解光電子分光では通常測定できない非占有側のバンド分散を直接観測できることを、Biと銅酸化物超伝導体の時間分解光電子スペクトルから実証した。これらをまとめた装置の論文をRev. Sci. Instrum. 誌に発表した。
上記の装置を用いて、近藤絶縁体SmB6の光誘起ダイナミクスを調べた。SmB6は新しいタイプのトポロジカル絶縁体（TI）の候補として注目され、さらにこれまで報告されてきたBi系のTIに比してバルク絶縁性が高いという特徴を持つ。混成ギャップがひらく約90 K以下でSmB6の表面に光起電力が発生することを見出した（Bi系TIでは表面光起電力の報告はない）。これは、バルク絶縁性が十分高くなったことで、光応答するバンドベンディングが表面に発達したことに由来する。光起電力の持続時間は200マイクロ秒を超え、エレクトロニクスデバイスでも十分捉えられることを分周測定から示した。以上に基づき、高絶縁性TIの特異な表面金属層を光でゲートするデバイス原理を提案し、これをまとめてSci. Rep. 誌に発表した。
また、Yb:ファイバーレーザーを用いた高繰返し95 MHzの光源をTi:Sapphireレーザーのシステムに組み込み、二つの光源を併用した時間分解光電子分光測定を可能にした。これを用いてBi単結晶薄膜の温度アニーリングをその場観察し、明瞭なラシュバ分裂や量子化バンドが観測される条件を決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
チタンサファイアレーザーを用いた時間分解光電子分光装置の高度化および、このシステムにYb添加ファイバーレーザーを組み込むことがほぼ完了し、装置の高度化に関して年度の目標を達成した。開発したシステムを用いて、計画をしていたトポロジカル絶縁体や表面ラシュバ分裂を示す系の研究を行った。特にトポロジカル近藤絶縁体として注目されるSmB6については表面光起電力の発生を見出し、これに基づいた新たなデバイス原理の提案も含めて誌上発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、前年度に引き続き新規トポロジカル物質（多層ディラック電子系やトポロジカルクリスタル）の非占有側電子構造の解明や、特異なバンド構造の中でおきる特徴的なキャリアダイナミクスの探索を行う。当初計画していた広大、プリンストン大との共同研究の他に、筑波大と東大工との共同研究を開始する。
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| Causes of Carryover |
光電子アナライザーの故障が発生し、この修理費用を当初予定していた光学素子購入費から補填したために発生しました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
250 kHz Ti:Sapphireレーザーと100 MHz Yb:Fiberレーザーの二つのパルスレーザーを並列化させるための光学素子を購入する予定です。
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