時間・スピン・角度分解光電子分光装置の開発とスピントロニクス材料への応用

• 研究課題/領域番号: 18J22309
• 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: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 吉川 智己 広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: スピン分解光電子分光 / 奇パリティ多極子秩序 / ホイスラー合金 / トポロジカル物質

研究実績の概要

軟X線磁気円二色性吸収分光（XMCD）によるホイスラー合金のスピン依存した状態密度の抽出
Co基ホイスラー合金は、デバイスへの応用が期待されている。最近XMCDの遷移確率を利用し、スピン依存したCo 3dの非占有状態を抽出する試みが行われた。しかし、励起先の違いによってに働く静電引力がスピン方向に依存して異なるため、スピン電子状態の抽出が行えなかった。本研究ではCo2MnGe (Ga)ホイスラー合金においてGa (Ge) L2, 3吸収端におけるXAS/XMCDを行った。さらに、XMCDスペクトルと第一原理計算による非占有側のGe (Ga)におけるd軌道のPDOSを比較した。その結果、選択則に基づいてXAS/XMCDスペクトルの計算を行ったところ、実験結果を再現した。さらにスペクトルから交換分裂を見積もり、Co 3dスペクトルにフィードバックすることによって補正込みの非占有PDOS抽出方法を提案した。
レーザー光を用いたスピン分解光電子分光装置の開発
マニピュレータの導入により、高精度な位置依存測定が可能となった。またレーザー強度が不安定であったため、原因究明を行い、それにより除震台が除震できていない可能性があることが分かった。しかしコロナ禍の影響もあり、スピン測定までは遂行できなかった。
奇パリティ秩序をもつ強相関物質の角度分解光電子分光
強相関電子系では、軌道自由度に関連する物性が重要なテーマとして議論されてきた。近年、奇パリティ多極子秩序に起因する新奇物性が注目を集めている。その舞台としてCeCoSiが挙げられる。しかし電子状態を直接観測した例はない。そこでCeCoSiの電子状態を調べるため角度分解光電子分光を行い、3次元的な電子状態、ノーダルライン形成、Co 3d軌道がEF近傍で支配的、そしてCe 4fとEF近傍のCo 3dが弱く混成していることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Kurdyumov Institute of Metal Physics(ウクライナ)
• [国際共同研究] MPI of Microstructure Physics(ドイツ)
• [国際共同研究] Johannes Kepler University(オーストリア)
• [国際共同研究] Russian Academy of Sciences/Novosibirsk State University/Saint Petersburg State University(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Zagreb(クロアチア)
• [国際共同研究] Fisica de Materiales UPV/EHU/International Physics Center(スペイン)
• [国際共同研究] Russian Academy of Sciences/Novosibirsk State University(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Emergence of low-energy electronic states in oxygen-controlled Mott insulator Ca2RuO4+δ (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeo Miyashita, Hideaki Iwasawa, Tomoki Yoshikawa, Shusuke Ozawa, Hironoshin Oda, Takayuki Muro, Hiroki Ogura, Tatsuhiro Sakami, Fumihiko Nakamura, Akihiro Ino
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 326 ページ: 114180-114180
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2020.114180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co2MnGe (Ga) film via Ge (Ga) L2,3 absorption spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa T.、Antonov V. N.、Kono T.、Kakoki M.、Sumida K.、Miyamoto K.、Takeda Y.、Saitoh Y.、Goto K.、Sakuraba Y.、Hono K.、Ernst A.、Kimura A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 6 ページ: 064428-064435
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.064428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Visualizing Half-Metallic Bulk Band Structure with Multiple Weyl Cones of the Heusler Ferromagnet (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Kono, M. Kakoki, T. Yoshikawa, X. Wang, K. Goto, T. Muro, R.Y. Umetsu, and A. Kimura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 21 ページ: 216403-216409
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.216403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radial spin texture in elemental tellurium with chiral crystal structure (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Sakano, M. Hirayama, T. Takahashi, S. Akebi, M. Nakayama, K. Kuroda, K. Taguchi, T. Yoshikawa, K. Miyamoto, T. Okuda, K. Ono, H. Kumigashira, T. Ideue, Y. Iwasa, N. Mitsuishi, K. Ishizaka, S. Shin, T. Miyake, S. Murakami, T. Sasagawa, and Takeshi Kondo
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 124 号: 13 ページ: 136404-136409
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.136404
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bidirectional surface photovoltage on a topological insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. Akiba, A. Miyake, M. Tokunaga, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, A. Kimura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 16 ページ: 165311-165311
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.165311
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Element-specific density of states of Co2MnGe revealed by resonant photoelectron spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kono, M. Kakoki, T. Yoshikawa, X. Wang, K. Sumida, K. Miyamoto, T. Muro, Y. Takeda, Y. Saitoh, K. Goto, Y. Sakuraba, K. Hono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 16 ページ: 165120-165126
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.165120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disentangling orbital and spin textures of surface-derived states in non-symmorphic semimetal HfSiS (2019)
  • 著者名/発表者名: Xiaoxiao Wang, Jiahua Chen, Mingtian Zheng, Tatiana V. Menshchikova, Igor P. Rusinov, Eike F. Schwier, Filip Orbanic, Shilong Wu, Kazuki Sumida, Tomoki Yoshikawa, Koji Miyamoto, Munisa Nurmamat, Taichi Okuda, Kenya Shimada, Mario Novak, Evgueni V. Chulkov, and Akio Kimura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 20 ページ: 205140-201547
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.205140
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inverted Dirac-electron population in a thermally activated topological insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Sumida, Y. Ishida, T. Yoshikawa, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 99 号: 8 ページ: 085302-085302
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.085302
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dirac gap opening and Dirac-fermion-mediated magnetic coupling in antiferromagnetic Gd-doped topological insulators and their manipulation by synchrotron radiation (2019)
  • 著者名/発表者名: A. M. Shikin, D. A. Estyunin, Yu. I. Surnin, A. V. Koroleva, E.V. Shevchenko, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, T. Yoshikawa, Y. Saitoh, Y. Takeda, and A. Kimura
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 号: 1 ページ: 4813-4829
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41137-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced photovoltage on the surface of topological insulator by optical aging (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Yoshikawa, Yukiaki Ishida, Kazuki Sumida, Jiahua Chen, Konstantin, A. Kokh, Oleg E. Tereshchenko, Shik Shin, and Akio Kimura
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 112 号: 19 ページ: 192014-192014
  • DOI: 10.1063/1.5008466
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] フルホイスラー合金Co2MnZ (Z=Ga, Ge)薄膜の非磁性元素サイトにおける磁気円二色性スペクトル (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, V. N. Antonov, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, A. Ernst, 木村 昭夫
  • 学会等名: 第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] ホイスラー合金Co2MnGe (Ga)薄膜のGe (Ga) L2, 3端における磁気円二色性スペクトルⅡ (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, V. N. Antonov, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, A. Ernst, 木村 昭夫
  • 学会等名: 日本物理学会 2020年・秋季大会
• [学会発表] トポロジカル絶縁体Bi2Te3における両極性表面光起電力シフト (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉川智己, 角田一樹, 石田行章, 陳家華, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, 辛埴, 木村昭夫
  • 学会等名: 最先端光電子分光で拓く量子物質科学研究に関するワークショップ
• [学会発表] 希土類元素を含むディラック電子系の放射光ARPES (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, 北山 悠斗, Wang Xiaoxiao, 岩澤 英明, 鹿子木 将明, 河野 嵩, 尾田 拓之慎, 小澤 秀介, Shiv Kumar, Eike Schwier, 島田 賢也, 室 隆桂之, 谷田 博司, 木村 昭夫
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年・秋季大会
• [学会発表] ホイスラー合金Co2MnGe (Ga)薄膜のGe (Ga) L2, 3端における磁気円二色性スペクトル (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, 木村 昭夫
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年・秋季大会
• [学会発表] フルホイスラー合金Co2MnGe(Ga)薄膜のGe(Ga) L2,3端における磁気円二色性スペクトル (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉川 智己, 河野 嵩, 鹿子木 将明, 角田 一樹, 宮本 幸治, 竹田 幸治, 斎藤 祐児, 後藤 一希, 桜庭 裕弥, 宝野 和博, 木村 昭夫
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Synchrotron radiation ARPES study of Dirac electron systems including rare earth elements (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, Y. Kitayama, X.Wang, H. Iwasawa, M. Kakoki, T. Kono, H. Oda, S. Ozawa, S. Kumar, E. Schwier, K. Shimada, T. Muro, H. Tanida and A. Kimura
  • 学会等名: New Trends in Topological Insulators 2019 and Variety and Universality of Bulk-edge Correspondence 2019 (NTTI 2019 and BEC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] A bi-directional surface photovoltaic shift on the topological insulators (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 学会等名: International Young Researchers Workshop on Synchrotron Radiation Science 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Unveiling spin-depend unoccupied electronic states of Co2MnGe(Ga) film (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, T. Kono, M. Kakoki, K. Sumida, K. Miyamoto, Y. Takeda, Y. Saitoh, K. Goto, Y. Sakuraba, K. Hono and A. Kimura
  • 学会等名: The 19th International Conference on Solid Films and Surfaces
  • 国際学会
• [学会発表] A bi-directional surface photovoltaic shift on the topological insulators (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 学会等名: The Second International Workshop Emergent Condensed-Matter Physics ECMP2019
  • 国際学会
• [学会発表] A bi-directional photovoltaic shift on the surface of topological insulators (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 学会等名: APS March Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] トポロジカル絶縁体における光エイジング効果と表面光起電力シフト (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉川智己, 石田行章, 角田一樹, 陳家華, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, 辛埴, 木村昭夫
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年・秋季大会
• [学会発表] A bi-directional surface photovoltaic shift on a topological insulator (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 学会等名: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science (TASPEC)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced photovoltage on the surface of topological insulator via optical aging (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 学会等名: International workshop "Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts" [ BEC2018X ]
  • 国際学会
• [学会発表] A Bi-directional Surface Photovoltaic Shift on Topological Insulators (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura
  • 学会等名: 2018 Japan-Korea Student Workshop
  • 国際学会
• [備考] 多機能性強磁性合金のハーフメタル電子状態の直接観測に世界で初めて成功
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/61483