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スピン分解ARPESによる遷移金属ダイカルコゲナイド原子層の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18J10038
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物性Ⅱ(実験)
研究機関東北大学

研究代表者

中田 優樹  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2018年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード原子層 / 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
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] 國家同歩輻射研究中心(台湾)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Forschungszentrum Julich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] 清華大学(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] 清華大学(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] 国家同歩輻射研究中心(台湾)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Vortex-induced quantum metallicity in the mono-unit-layer superconductor NbSe22019

    • 著者名/発表者名
      Ichinokura Satoru、Nakata Yuki、Sugawara Katsuaki、Endo Yukihiro、Takayama Akari、Takahashi Takashi、Hasegawa Shuji
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 22 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.220501

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Monolayer VTe2: Incommensurate Fermi surface nesting and suppression of charge density waves2019

    • 著者名/発表者名
      Sugawara Katsuaki、Nakata Yuki、Fujii Kazuki、Nakayama Kosuke、Souma Seigo、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 24 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.241404

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dimensionality reduction and band quantization induced by potassium intercalation in 1T-HfTe22019

    • 著者名/発表者名
      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.
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 3 号: 7 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.071001

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of Chiral Fermions with a Large Topological Charge and Associated Fermi-Arc Surface States in CoSi2019

    • 著者名/発表者名
      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
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 号: 7 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.076402

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective Fabrication of Mott-Insulating and Metallic Monolayer TaSe22018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, T. Yoshizawa, K. Sugawara, Y. Umezawa, T. Takahashi and T. Sato
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 印刷中 号: 4 ページ: 1456-1460

    • DOI

      10.1021/acsanm.8b00184

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anisotropic band splitting in monolayer NbSe2: implications for superconductivity and charge density wave2018

    • 著者名/発表者名
      Nakata Yuki、Sugawara Katsuaki、Ichinokura Satoru、Okada Yoshinori、Hitosugi Taro、Koretsune Takashi、Ueno Keiji、Hasegawa Shuji、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • 雑誌名

      npj 2D Materials and Applications

      巻: 2 号: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1038/s41699-018-0057-3

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pseudogap, Fermi arc, and Peierls-insulating phase induced by 3D?2D crossover in monolayer VSe22018

    • 著者名/発表者名
      Umemoto Yuki、Sugawara Katsuaki、Nakata Yuki、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
    • 雑誌名

      Nano Research

      巻: 12 号: 1 ページ: 165-169

    • DOI

      10.1007/s12274-018-2196-4

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of band crossings protected by nonsymmorphic symmetry in the layered ternary telluride Ta3SiTe62018

    • 著者名/発表者名
      Sato Takafumi、Wang Zhiwei、Nakayama Kosuke、Souma Seigo、Takane Daichi、Nakata Yuki、Iwasawa Hideaki、Cacho Cephise、Kim Timur、Takahashi Takashi、Ando Yoichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 12 ページ: 1211111-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.121111

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 原子層モット絶縁体1T-NbSe2および1T-TaSe2の高分解能ARPES2020

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 1T-HfTe2における次元性制御:高分解能ARPES2019

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      日本物理学会(2019年秋季大会)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 原子層NbSe2の高分解能ARPES2019

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      UVSORシンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Dimensionality control of 1T-HfTe2 visualized by high-resolution ARPES2019

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      Tohoku-Lorraine Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単層TaSe2のARPES2019

    • 著者名/発表者名
      中田優樹
    • 学会等名
      日本物理学会(第74回年次大会)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Selective fabrication and ARPES study of monolayer 2H- & 1T-NbSe22018

    • 著者名/発表者名
      中田優樹
    • 学会等名
      The 9th X-ray Summer School
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic Structure of Monolayer 1T-NbSe2 Studied by ARPES2018

    • 著者名/発表者名
      中田優樹
    • 学会等名
      ACSIN14
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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