スピン角度分解光電子分光で探るレーザー光による光誘起スピン電流の電子スピン制御

• 研究課題/領域番号: 18H01954
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分32020:機能物性化学関連
• 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, 准教授 (50508067)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
• キーワード: スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / 光スピン電流 / スピン分解光電子分光 / 光誘起スピン電流 / オプトスピントロニクス / スピン角度分解光電子分光法 / スピン / スピン角度分解光電子分光 / 光誘起電気伝導 / 光スピントロニクス / 光誘起 / 光誘起スピン偏極電流

研究成果の概要

本研究は、光励起で生成される正孔(光誘起スピン偏極電気伝導の源) と光電子の一対一対応に着目し、これまで明らかとなっていない光の入射角・偏光依存性によるスピン偏極電流のスピン方位・偏極度を、スピン分解光電子分光法を用いて明らかにすることを目的としている。極低温で且つ光誘起された電気伝導およびスピン分解光電子分光を同時測定できる装置を開発した。レーザーの修理が必要ながら海外メーカのため修理対応などがコロナの影響で行えず、最終的な結果を得ることは困難であった。別の角度で、放射光光源を用いて光励起エネルギーと誘起される光電子の関係について研究を行い新たな知見を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、膨大な情報のやり取りを可能にするために、今後必要不可欠となる光とスピントロニクス物質の相互作用についての研究である。特に、誘起されるスピン電流のスピン方位及び偏極度の大きさのコントロールが可能になれば、光輸送による情報量の取得に大きなアドバンテージを設けることができ、取得できる情報量を増大させることも可能であるため、その波及効果や社会的意義は大きい。一方、極低温で且つ電気伝導やスピン電子構造を観測できる装置は世界的に見ても無く、別研究での需要も見込めるため基礎研究の観点でも波及効果は大きいと考える。

研究成果

• [雑誌論文] Spin-polarized Weyl cones and giant anomalous Nernst effect in ferromagnetic Heusler films (2020)
  • 著者名/発表者名: Sumida Kazuki、Sakuraba Yuya、Masuda Keisuke、Kono Takashi、Kakoki Masaaki、Goto Kazuki、Zhou Weinan、Miyamoto Koji、Miura Yoshio、Okuda Taichi、Kimura Akio
  • 雑誌名: Communications Materials 巻: 1 号: 1
  • DOI: 10.1038/s43246-020-00088-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental verification of temperature induced topological phase transition on TlBiS2 and TlBiSe2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehito Imai , Jiahua Chen, Kazuki Kato, Kenta Kuroda, Teruo Matsuda, Akio Kimura, Koji Miyamoto, Sergey V. Eremeev, and Taichi Okuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 12 ページ: 125151-125151
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.125151
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Circular-polarized-light-induced spin polarization characterized for the Dirac-cone surface state at W(110) with C2v symmetry (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, H. Wortelen, T. Okuda, J. Henk and M. Donath
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 10440-10440
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28693-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Retrieving the initial-state spin polarization from spin-resolved photoemission: Proposal for a case study on W(110) (2018)
  • 著者名/発表者名: Juergen Henk, Koji Miyamoto, and Markus Donath
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 4 ページ: 045124-045124
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.045124
  • 査読あり / 国際共著