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2014 Fiscal Year Annual Research Report

スピン偏極表面電子状態を用いた新奇スピンフィルタ材料の探索

Research Project

Project/Area Number 26887024
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

大坪 嘉之  大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (70735589)

Project Period (FY) 2014-08-29 – 2016-03-31
Keywordsスピン軌道相互作用 / スピン・角度分解光電子分光 / 電子線スピンフィルタ
Outline of Annual Research Achievements

本年度は新奇スピンフィルタ候補物質としてビスマス単結晶表面およびアンチモン化インジウム基板上のスズ薄膜について検討した。両者の電子状態はスピン軌道相互作用による大きなスピン分裂を示しており、電子線スピンフィルタ機能を示すことが期待できる。特にビスマス単結晶の(111)面においては、表面原子構造の対称性に由来するバレー自由度の影響により、既存の電子線スピンフィルタ物質では得られなかった標的表面に垂直な方向のスピンに関するフィルタ機能の発現が期待できると判った。
一方、分子線エピタキシー(MBE)法を用い、電子線スピンフィルタの標準試料である表面酸化Fe(001)単結晶薄膜を作製した。また、MBE法による薄膜成長の過程をその場観察するための定量的反射高エネルギー電子回折(RHEED)振動計測システムおよびその制御・解析プログラムを立ち上げた。本計測システムを用いることで、薄膜成長過程で試料からの電子回折ストリークの明らかな強度振動が観測できた。これは実際にMBE法による薄膜成長の過程を観察できることを示す結果である。
並行して第一原理計算による酸化Fe(001)薄膜およびBi(111)単結晶表面の電子状態のシミュレーションを行った。特に電子線回折に関わる非占有電子状態およびそのスピン偏極に注目し、電子線スピンフィルタ機能の発現に強く関わると考えられる電子構造を見出した。
次年度に標準試料である表面酸化Fe(001)薄膜およびビスマス・スズ等のスピンフィルタ候補物質の両者について実際に電子線を照射し、回折電子線のスピン偏極度を計測・比較することにより、電子線スピンフィルタとしての機能性を実際に評価する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新奇スピンフィルタ候補物質の探索は順調に進んでおり、いくつかの表面構造について理論計算から有望なスピン偏極非占有電子状態を見出した。電子線スピン反射率の実験的な測定方法については当初計画から変更したが、それ程遅れてはおらず、次年度早々に実験を開始できる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

本年度に見出した新電子線スピンフィルタ候補物質について、回折電子線のスピン偏極度を実際に計測することにより、電子線スピンフィルタとしての機能性を評価する。特に、既存の物質では得られていない標的表面垂直方向に偏極した電子線スピンの検出能力の発現に注目して測定および物質探索を行う。
電子線スピン反射率の実験的測定については、当初計画では二重散乱法を用いる予定であったが、実験装置の配置および配分された研究費の都合から、試料による電子回折は一度だけに限り、回折電子線のスピン偏極度を既存のスピン分解光電子分光装置の検出器を利用して計測する方法に変更した。計画変更による実験の遅れは今の所許容範囲内であり、次年度早々にも測定を開始できる見込みである。

  • Research Products

    (6 results)

All 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Experimental evidence for two-dimensional states localized in subsurface region of Ge(111)2014

    • Author(s)
      Koichiro Yaji, Yoshiyuki Ohtsubo, Shinichiro Hatta, Hiroshi Okuyama, Ryu Yukawa, Iwao Matsuda, Patrick Le Fevre, Francois Bertran, Amina Taleb-Ibrahimi, Tetsuya Aruga
    • Journal Title

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.elspec.2014.09.005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] New aspects of electronic excitations at the bismuth surface: Topology, thermalizatoin and coupling to coherent phonons2014

    • Author(s)
      L. Perfetti, J. Faure, E. Papalazarou, J. Mauchain, M. Marsi, M.O. Goerbig, A. Taleb-Ibrahimi, Y. Ohtsubo
    • Journal Title

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.elspec.2014.12.004

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 表面一次元原子鎖Au/Ge(001)の二次元電子状態2015

    • Author(s)
      矢治光一郎,湯川龍,金聖憲,大坪嘉之,P. Le Fevre,F. Bertran,A. Taleb-Ibrahimi,松田巌,中辻寛,小森文夫
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-03-24 – 2015-03-24
  • [Presentation] Bi/InSb(001)-c(2×6)表面における1次元金属的電子状態2015

    • Author(s)
      大坪嘉之,岸潤一郎,萩原健太,P. Le Fevre,F. Bertran,A. Taleb-Ibrahimi,松波雅治,田中清尚,木村真一
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-21
  • [Presentation] Bi単結晶のトポロジカル表面状態2015

    • Author(s)
      大坪 嘉之, L. Perfetti, M.O. Goerbig, P. Le Fevre, F. Bertran, A. Taleb-Ibrahimi
    • Organizer
      日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      立命館大学(滋賀県)
    • Year and Date
      2015-01-11 – 2015-01-11
  • [Presentation] 単元素トポロジカル物質の表面電子状態2014

    • Author(s)
      大坪 嘉之
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(愛知県)
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-08
    • Invited

URL: 

Published: 2016-06-01  

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