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スピン分解光電子分光の基礎理論の構築に向けた光電子スピン干渉の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K03484
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2020)
東京大学 (2018-2019)

研究代表者

矢治 光一郎  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, グループリーダー (50447447)

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 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードスピン軌道結合 / スピン干渉 / スピン角度分解光電子分光 / 表面状態 / スピン分解光電子分光 / 対称性 / 固体表面 / 表面電子物性 / スピン軌道相互作用
研究成果の概要

スピン角度分解光電子分光(SARPES)はトポロジカル電子状態などの強くスピン軌道結合した電子状態の解明に広く利用されている。しかしながらSARPESで観測しているのは光電子のスピンであり、始状態のスピン構造との対応は自明でない。本研究では様々な条件で光励起された光電子のスピン構造を三次元SARPESで観測し、光電子のスピン構造から始状態のスピン構造を得るために重要な光電子のスピン干渉効果について調べた。そして鏡映対称性の元において光電子のスピン構造から始状態のスピン構造を得るための基礎理論を構築した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

トポロジカル物質などの強いスピン軌道相互作用が重要な電子スピン物性分野の登場により、スピン角度分解光電子分光は電子状態測定手法として広く使われるようになった。しかしながら、そのデータ解釈の方法については曖昧にされたままあった。本研究では、同手法の基礎学理を構築し、電子スピン物性に関する物理を大きく進展させることに貢献した。また本研究で得られた成果は、光励起過程における位相の自由度も利用してスピンを制御できるという新たな概念となり、例えばスピン偏極電子源の開発に応用できる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 8件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] 杭州師範大学/浙江大学(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Structure and electronic structure of van der Waals interfaces at a Au(1 1 1) surface covered with a well-ordered molecular layer of n-alkanes2021

    • 著者名/発表者名
      Mizushima Hirotaka、Koike Harunobu、Kuroda Kenta、Yaji Koichiro、Harasawa Ayumi、Ishida Yukiaki、Nakayama Mitsuhiro、Mase Kazuhiko、Mukai Kozo、Kitazawa Tatsuya、Kondo Takeshi、Yoshinobu Jun、Shin Shik、Kanai Kaname
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 535 ページ: 147673-147673

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2020.147673

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence for a higher-order topological insulator in a three-dimensional material built from van der Waals stacking of bismuth-halide chains2021

    • 著者名/発表者名
      Noguchi Ryo、Kobayashi Masaru、J. Zhanzhi、Kuroda Ken
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 20 号: 4 ページ: 473-479

    • DOI

      10.1038/s41563-020-00871-7

    • 関連する報告書
      2020 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] Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe52021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Peng、Noguchi Ryo、Kuroda Kenta、Lin Chun、Kawaguchi Kaishu、Yaji Koichiro、Harasawa Ayumi、Lippmaa Mikk、Nie Simin、Weng Hongming、Kandyba V.、Giampietri A.、Barinov A.、Li Qiang、Gu G. D.、Shin Shik、Kondo Takeshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 406-406

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20564-8

    • 関連する報告書
      2020 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] Atomic-layer Rashba-type superconductor protected by dynamic spin-momentum locking2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshizawa Shunsuke、Kobayashi Takahiro、Nakata Yoshitaka、Yaji Koichiro、Yokota Kenta、Komori Fumio、Shin Shik、Sakamoto Kazuyuki、Uchihashi Takashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 1462-1462

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21642-1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topological Surface State of Bi2Se3 Modified by Adsorption of Organic Donor Molecule Tetrathianaphthacene2020

    • 著者名/発表者名
      Kitazawa Tatsuya、Yaji Koichiro、Shimozawa Kosuke、Kondo Hiroshi、Yamanaka Takayoshi、Yaguchi Hiroshi、Ishida Yukiaki、Kuroda Kenta、Harasawa Ayumi、Iwahashi Takashi、Ouchi Yukio、Komori Fumio、Shin Shik、Kanai Kaname
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: 7 号: 14 ページ: 2000524-2000524

    • DOI

      10.1002/admi.202000524

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nature of the Dirac gap modulation and surface magnetic interaction in axion antiferromagnetic topological insulator $${\hbox {MnBi}}_2 {\hbox {Te}}_4$$2020

    • 著者名/発表者名
      Shikin A. M.、Estyunin D. A.、Klimovskikh I. I.、Filnov S. O.、Schwier E. F.、Kumar S.、Miyamoto K.、Okuda T.、Kimura A.、Kuroda K.、Yaji K.、Shin S.、Takeda Y.、Saitoh Y.、Aliev Z. S.、Mamedov N. T.、Amiraslanov I. R.、Babanly M. B.、Otrokov M. M.、Eremeev S. V.、Chulkov E. V.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-020-70089-9

    • 関連する報告書
      2020 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] Orbital angular momentum induced spin polarization of 2D metallic bands2020

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Koichiro Yaji, Tatsuya Shishidou, Daniel Agterberg, Shunsuke Yoshizawa, Fumio Komori, Shik Shin, Michael Weinert, Takashi Uchihashi, and Kazuyuki Sakamoto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 17 ページ: 176401-176401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.176401

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fully spin polarised bulk states in ferroelectric GeTe2020

    • 著者名/発表者名
      J. Krempasky, M. Fanciulli, L. Nicolai, J. Minar, H. Volfova, O. Caha, V. V. Volobuev, J. Sanchez-Barriga, K. Kuroda, K. Yaji, S. Shin, F. Komori, G. Springholz and J. H. Dil
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 1 ページ: 013107-013107

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.013107

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unified description of the electronic structure of M2AC nanolamellar carbides2019

    • 著者名/発表者名
      D. Pinek, T. Ito, M. Ikemoto, K. Yaji, M. Nakatake, S. Shin, T. Ouisse
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 7 ページ: 075144-075144

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.075144

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fermi level tuning of one-dimensional giant Rashba system on a semiconductor substrate: Bi/GaSb(110)-(2×1)2019

    • 著者名/発表者名
      T. Nakamura, Y. Ohtsubo, N. Tokumasu, P. Le Fevre, F. Bertran, S. Ideta, K. Tanaka, K. Kuroda, K. Yaji, A. Harasawa, S. Shin, F. Komori , S. Kimura
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 3 号: 12 ページ: 126001-126001

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.126001

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Coexistence of two types of spin splitting originating from different symmetries2019

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Yaji, Anton Visikovskiy, Takushi Iimori, Kenta Kuroda, Singo Hayashi, Takashi Kajiwara, Satoru Tanaka, Fumio Komori and Shik Shin
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 号: 12 ページ: 126403-126403

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.126403

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] スピン角度分解光電子分光・光電子顕微鏡の開発2021

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎、津田俊輔
    • 学会等名
      NIMS先端計測シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 偏光励起SARPESで解き明かすスピン軌道結合電子状態2021

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎
    • 学会等名
      SCTM2020 ワークショップ「超伝導物質、トポロジカル物質」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピン角度分解光電子分光による電子状態計測 ~物質研究から材料研究へ~2021

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎
    • 学会等名
      日本表面真空学会2021年度関東支部講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 偏光励起SARPESで観測するスピン軌道結合電子状態2020

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎,黒田健太,小森文夫,辛埴
    • 学会等名
      第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Coexistence of Zeeman- and Rashba-type spin-split bands for a Sn atomic layer on SiC(0001)2019

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Yaji, Anton Visikovskiy, Takushi Iimori, Kenta Kuroda, Shingo Hayashi, Takashi. Kajiwara, Satoru Tanaka, Fumio. Komori, Shik Shin
    • 学会等名
      The 17th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin-polarized surface states of a Sn atomic layer at graphene/SiC(0001) interface2019

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Yaji, Anton Visikovskiy, Takushi Iimori, Kenta Kuroda, Shingo Hayashi, Takashi. Kajiwara, Satoru Tanaka, Fumio. Komori, Shik Shin
    • 学会等名
      21st International Vacuum Congress
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スピン分解光電子分光 3.02019

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎
    • 学会等名
      日本放射光学会第11回若手研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフェン/SiC(0001)界面のSn単原子層における異なる型のスピン分裂バンドの共存2019

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎,Anton Visikovskiy,飯盛拓嗣,林真吾,梶原隆司,黒田健太,田中悟,小森文夫,辛埴
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin-resolved photoemission spectroscopy of spin-orbit coupled surface states2019

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Yaji
    • 学会等名
      19th International Conference on Solid Films and Surfaces
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] グラフェン/Sn/SiC(0001)のスピン偏極バンドと対称性2019

    • 著者名/発表者名
      矢治光一郎,Anton Visikovskiy,飯盛拓嗣,林真吾,梶原隆司,黒田健太,田中悟,小森文夫,辛埴
    • 学会等名
      表面真空学術講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin-polarized surface states of a Sn atomic layer at graphene/SiC(0001) interface, Internatioanl vacuum congress2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yaji, A. Visikovskiy, T. Iimori, K. Kuroda, S. Hayashi, T. Kajiwara, S. Tanaka, F. Komori, S. Shin
    • 学会等名
      Internatioanl vacuum congress
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin-polarized band structure of a Sn atomic layer at graphene/SiC(0001) interface2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yaji, A. Visikovskiy, T. Iimori, K. Kuroda, S. Hayashi, T. Kajiwara, S. Tanaka, F. Komori, S. Shin
    • 学会等名
      European conference on surface science
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin polarization of photoelectron emitted from spin-orbit coupled surface states investigated by laser-SARPES2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yaji, K. Kuroda, F. Komori, Shik Shi
    • 学会等名
      International conference on electron spectroscopy and structure
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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