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Spin-resolved ARPES study of atomic-layer transition-metal dichalcogenides

Research Project

Project/Area Number 18J10038
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

中田 優樹  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords原子層 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / スピン分解角度分解光電子分光 / 分子線エピタキシー法 / 原子層材料 / スピン・角度分解光電子分光
Outline of Annual Research Achievements

単層1T-NbSe2および1T-TaSe2において発見した二次元モット絶縁体相の性質およびその起源を明らかにするために、高温下やカリウム吸着による電子ドーピング下でのARPES測定、および時間分解ARPES測定を行った。その結果、これらの物質におけるモット絶縁体相が従来に比べ非常に強固であることを明らかにした。上記の結果について、国内学会において発表を行った。
層状物質であるバルクのHfTe2の表面にカリウムを蒸着し、放射光を用いたARPES測定を行ったところ、電子ドーピングの効果に加えて、電子状態が大きく変調を受けていることを発見した。励起光依存性の測定や第一原理計算との比較から、蒸着したカリウム原子が層間にインターカレーションすることにより、電子構造が三次元から二次元へと変化していることを明らかにした。すなわち、層状物質へのカリウムの蒸着が、分子線エピタキシー法や化学気相成長法、剥離法に変わる新たな原子層化手法として有用であると結論した。以上の結果は米国物理学会誌Physical Review Materialsに掲載された。
これまで報告されていなかった単層VTe2薄膜の作製および電子状態の解明に初めて成功した。バルクは低温で二重ジグザグ鎖構造を有する1T’’構造を最安定構造に持つ一方、単層では正八面体型1T構造が安定化することを見出した。さらに、フェルミ準位近傍の詳細な電子状態測定により、単層VTe2のフェルミ面は単層VSe2と非常に類似しており、一見するとVSe2同様ネスティングが良いように見える一方、ネスティングベクトルと逆格子ベクトルの整合性が悪いことに起因してVSe2のような電荷密度波転移を示さないことを明らかにした。これらの結果は米国物理学会誌Physical Review Bに掲載された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] 國家同歩輻射研究中心(台湾)

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  • [Journal Article] Vortex-induced quantum metallicity in the mono-unit-layer superconductor NbSe22019

    • Author(s)
      Ichinokura Satoru、Nakata Yuki、Sugawara Katsuaki、Endo Yukihiro、Takayama Akari、Takahashi Takashi、Hasegawa Shuji
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 99 Issue: 22 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.220501

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  • [Journal Article] Monolayer VTe2: Incommensurate Fermi surface nesting and suppression of charge density waves2019

    • Author(s)
      Sugawara Katsuaki、Nakata Yuki、Fujii Kazuki、Nakayama Kosuke、Souma Seigo、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 99 Issue: 24 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.241404

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dimensionality reduction and band quantization induced by potassium intercalation in 1T-HfTe22019

    • Author(s)
      Nakata Y.、Sugawara K.、Chainani A.、Yamauchi K.、Nakayama K.、Souma S.、Chuang P.-Y.、Cheng C.-M.、Oguchi T.、Ueno K.、Takahashi T.、Sato T.
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 3 Issue: 7 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.071001

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation of Chiral Fermions with a Large Topological Charge and Associated Fermi-Arc Surface States in CoSi2019

    • Author(s)
      Takane Daichi、Wang Zhiwei、Souma Seigo、Nakayama Kosuke、Nakamura Takechika、Oinuma Hikaru、Nakata Yuki、Iwasawa Hideaki、Cacho Cephise、Kim Timur、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Takahashi Takashi、Ando Yoichi、Sato Takafumi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 122 Issue: 7 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.076402

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Selective Fabrication of Mott-Insulating and Metallic Monolayer TaSe22018

    • Author(s)
      Y. Nakata, T. Yoshizawa, K. Sugawara, Y. Umezawa, T. Takahashi and T. Sato
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 1456-1460

    • DOI

      10.1021/acsanm.8b00184

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic band splitting in monolayer NbSe2: implications for superconductivity and charge density wave2018

    • Author(s)
      Nakata Yuki、Sugawara Katsuaki、Ichinokura Satoru、Okada Yoshinori、Hitosugi Taro、Koretsune Takashi、Ueno Keiji、Hasegawa Shuji、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • Journal Title

      npj 2D Materials and Applications

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1038/s41699-018-0057-3

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  • [Journal Article] Pseudogap, Fermi arc, and Peierls-insulating phase induced by 3D?2D crossover in monolayer VSe22018

    • Author(s)
      Umemoto Yuki、Sugawara Katsuaki、Nakata Yuki、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • Journal Title

      Nano Research

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 165-169

    • DOI

      10.1007/s12274-018-2196-4

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of band crossings protected by nonsymmorphic symmetry in the layered ternary telluride Ta3SiTe62018

    • Author(s)
      Sato Takafumi、Wang Zhiwei、Nakayama Kosuke、Souma Seigo、Takane Daichi、Nakata Yuki、Iwasawa Hideaki、Cacho Cephise、Kim Timur、Takahashi Takashi、Ando Yoichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 98 Issue: 12 Pages: 1211111-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.121111

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 原子層モット絶縁体1T-NbSe2および1T-TaSe2の高分解能ARPES2020

    • Author(s)
      中田優樹、菅原克明、Changhua Bao、Shaohua Zhou、Pei-Yu Chuang、Cheng-Maw Cheng、高橋 隆、Ashish Chainani、Shuyun Zhou、佐藤宇史
    • Organizer
      日本物理学会(第75回年次大会)
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  • [Presentation] 1T-HfTe2における次元性制御:高分解能ARPES2019

    • Author(s)
      中田優樹、菅原克明、Ashish Chainani、山内邦彦、 中山耕輔、相馬清吾、Pei-Yu Chuang、Cheng-Maw Cheng、 小口多美夫、上野啓司、高橋 隆、佐藤宇史
    • Organizer
      日本物理学会(2019年秋季大会)
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  • [Presentation] 原子層NbSe2の高分解能ARPES2019

    • Author(s)
      中田優樹、菅原克明、一ノ倉聖、清水亮太、岡田佳憲、Patrick Han、一杉太郎、是常 隆、上野啓司、長谷川修司、高橋 隆、佐藤宇史
    • Organizer
      UVSORシンポジウム2019
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  • [Presentation] Dimensionality control of 1T-HfTe2 visualized by high-resolution ARPES2019

    • Author(s)
      Yuki Nakata、K. Sugawara、A. Chainani、K. Yamauchi、K. Nakayama、S. Souma、P.-Y. Chuang、C.-M. Cheng、T. Oguchi、K. Ueno、T. Takahashi、T. Sato
    • Organizer
      Tohoku-Lorraine Conference
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  • [Presentation] 単層TaSe2のARPES2019

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      中田優樹
    • Organizer
      日本物理学会(第74回年次大会)
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  • [Presentation] Selective fabrication and ARPES study of monolayer 2H- & 1T-NbSe22018

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      中田優樹
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      The 9th X-ray Summer School
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  • [Presentation] Electronic Structure of Monolayer 1T-NbSe2 Studied by ARPES2018

    • Author(s)
      中田優樹
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      ACSIN14
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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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