| 研究課題/領域番号 |
21H01752
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
福本 恵紀 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任准教授 (20443559)
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| 研究分担者 |
草部 浩一 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (10262164)
石田 邦夫 宇都宮大学, 工学部, 教授 (40417100)
奥田 太一 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (80313120)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | トポロジカル絶縁体 / ディラック表面状態 / 光電子分光 / 超高速現象 / 超高速 / 顕微光電子分光 / 計算科学 / 顕微分光 / スピン / スピン流 / 第一原理計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル表面状態(Topological surface state: TSS) は，スピン偏極しており，高い電子易動度をもつことから，スピントロニクスへの応用が期待されている．本研究では，スピントロニクス素子の情報媒体となるスピン流の空間的ダイナミクス観測を目的とする．本研究では，時間，空間，エネルギー分解能で半導体中に光励起した電子ダイナミクスのイメージングが可能である時間分解光電子顕微鏡の光源を改良し，スピン分解能を付与することで，スピン流ダイナミクスを可視化することを目的とする．また，表面終端の原子配列をパラメータとする第一原理計算によりTSS バンド構造と光電子放出強度との関係を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
ディラック表面状態(Dirac surface state:DSS)を持つトポロジカル絶縁体(TI)は，スピントロニクスや熱電デバイスへの応用が期待されている．その性能は，DSSを利用する電子ダイナミクスにより決定される．本研究では，フェムト秒レーザーと光電子顕微鏡を組み合わせた手法を利用して，DSSがマイクロメートルスケールで不均一に現れ，電子ダイナミクスが異なることを発見した．また，スピン流観測のための装置立ち上げも進んでおり，今後は，スピン分解能を追加した研究を推進する．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
トポロジカル絶縁体は，ディラック表面状態をもつ量子物質として，スピントロニクスや熱電材料への応用が期待されている．本研究では，フェムト秒レーザーを光源とする光電子顕微鏡を利用して，3次元トポロジカル絶縁体の表面は，表面終端する元素の種類によってマイクロメータスケールのドメインを形成していることを明らかにした．また，これにより，ディラック表面状態に依存する電子ダイナミクスが異なる．一般的に，ディラック表面状態の特性解明に利用される角度分解光電子法が利用される．しかし，空間分解能を持たないためこれらの成果は観測されない．学術的にも社会的にも意義のある成果と言える．
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