軌道角運動量を持つ光とスピン分解光電子分光法を用いた新測定手法の模索・開発

• 研究課題/領域番号: 16K13823
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 宮本 幸治 広島大学, 放射光科学研究センター, 助教 (50508067)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: OAM光 / スピン角度分解光電子分光 / 多極子遷移 / スピン / 光渦(軌道角運動量を持つ光) / 光物性 / 高極子遷移

研究成果の概要

本研究は、光渦を利用したスピン角度分解光電子分光測定の模索を行うことが目的である。スピン角度分解光電子分光測定は、固体中の電子の運動量、エネルギー、スピンを完全決定できる有力な測定手法である。本研究の主目的として、特に、軌道角運動量をもった光渦による励起過程は多極子遷移を引き起こす事が可能か否かが挙げられる。その問題に解を出すために、まずは光渦の発生およびそれを効率よく利用するシステムの構築が必須であった。そこで、既成品の６eVレーザーを用いて、光渦を発生させ、さらに、光渦の効果を向上させるため、レーザー光のスポットサイズを集光限界まで近づけた。しかし、多極子遷移の痕跡は観測できていない。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の主目的として、特に、軌道角運動量をもった光渦による励起過程は高次の遷移(多極子遷移)を引き起こす事が可能か否かが挙げられるが、もし、このような高次の遷移過程が優位になれば、光渦の軌道角運動量および光の偏光性の両方を利用することで軌道選
択遷移過程を自由に選び、実験が可能となる。究極的には、その電子構造がどのような軌道が支配的かというのを完全決定で切る可能性を秘めており、今後の電子構造解析の究極測定手法になる可能性を秘めている実験手法である。そのため、このような効果の観測が成功すれば、今後の電子構造研究の促進をはじめ、未知の物質の物性研究に大きな行件をもたらすことが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced surface state protection and band gap in the topological insulator PbBi4Te4S3 (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sumida, T. Natsumeda, K. Miyamoto, I. V. Silkin, K. Kuroda, K. Shirai, S. Zhu, K. Taguchi, M. Arita, J. Fujii, A. Varykhalov, O. Rader, V. A. Golyashov, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, E. V. Chulkov, T. Okuda, and A. Kimura
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW MATERIALS 巻: 2 号: 10 ページ: 104201-104201
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.104201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct observation of spin-layer locking by local Rashba effect in monolayer semiconducting PtSe2 film (2017)
  • 著者名/発表者名: Wei Yao, Eryin Wang, Huaqing Huang, Ke Deng, Mingzhe Yan, Kenan Zhang, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Linfei Li, Yeliang Wang, Hongjun Gao, Chaoxing Liu, Wenhui Duan, Shuyun Zhou
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 14216-14216
  • DOI: 10.1038/ncomms14216
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Orbital-symmetry-selective spin characterization of Dirac-cone-like state on W(110) (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, H. Wortelen, H. Mirhosseini, T. Okuda, A. Kimura, H. Iwasawa, K. Shimada, J. Henk, M. Donath
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 16 ページ: 161403-161403
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.161403
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nonvortical Rashba spin structure on a surface with C1h symmetry (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Annese, T. Kuzumaki, B. Mueller, Y. Yamamoto, H. Nakano, H. Kato, A. Araki, M. Ohtaka, T. Aoki, H. Ishikawa, T. Hayashida, J. R. Osiecki, K. Miyamoto, Y. Takeichi, A. Harasawa, K. Yaji, T. Shirasawa, K.-i. Nittoh, W. I. Yang, K. Miki, T. Oda, H. W. Yeom, and K. Sakamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 1 ページ: 016803-016803
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.016803
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hidden Rashba spin-split states in a quasi-one-dimensional Au atomic chain on ferromagnetic Ni(110) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Warashina, Munisa Nurmamat, Koji Miyamoto, Tatsuya Shishidou, Masaki Taniguchi, Akio Kimura, Taichi Okuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 24 ページ: 241109-241109
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.241109
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3. Observation of the spin-polarized surface state in a noncentrosymmetric superconductor BiPd (2016)
  • 著者名/発表者名: Madhab Neupane, Nasser Alidoust, M. Mofazzel Hosen, Jian-Xin Zhu, Klauss Dimitri, Su-Yang Xu, Nagendra Dhakal, Raman Sankar, Ilya Belopolski, Daniel S. Sanchez, Tay-Rong Chang, Horng-Tay Jeng, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Hsin Lin, Arun Bansil, Dariusz Kaczorowski, Fangcheng Chou, M. Zahid Hasan & Tomasz Durakiewicz
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 13315-13315
  • DOI: 10.1038/ncomms13315
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exchange coupling and spin structure in cobalt-on-chromia thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: Renu Choudhary, Takashi Komesu, Pankaj Kumar, Priyanka Manchanda, Kazuaki Taguchi, Taichi Okuda, Koji Miyamoto, Peter A Dowben, Ralph Skomski, Arti Kashyap
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 115 号: 1 ページ: 17003-17003
  • DOI: 10.1209/0295-5075/115/17003
  • 国際共著
• [学会発表] Spin polarized surface state on various surface of Tungsten (VBT) (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本幸治
  • 学会等名: Nano-Micro confernce 2017
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2017-06-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スピン分解光電子分光法による隠れた電子スピン構造の探索とその実験手法の将来展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本幸治
  • 学会等名: 光で 見る・操る 電子物性科学の最前線～強相関, トポロジー, 低次元, ダイナミクス～
  • 発表場所: 東京大学 物性研究所
  • 年月日: 2017-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合 I：結晶構造と電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨, S. V. Eremeev, 白澤徹郎, 杉山裕弥, 角田一樹, 宮本幸治, 奥田太一, 出田真一郎, 田中清尚, E. V. Chulkov, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17