| 研究課題/領域番号 |
21H04439
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分13:物性物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
近藤 猛 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
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| 研究分担者 |
笹川 崇男 東京科学大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
平山 元昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (70761005)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
43,420千円 (直接経費: 33,400千円、間接経費: 10,020千円)
2024年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2021年度: 28,600千円 (直接経費: 22,000千円、間接経費: 6,600千円)
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| キーワード | ARPES / トポロジカル物性 / 電子構造 / スピンテクスチャー / 磁性トポロジー / 光電子分光 / レーザー / 空間分解 / レーザー光電子分光 / トポロジカル量子物性 / 極限レーザー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル絶縁体の発見に相まって, 物性科学の飛躍的進展につながる新奇トポロジカル量子相の開拓や、それを用いた機能性材料の発掘が世界中で競って行われている。その物性開拓の中で必須となっている実験手法が、物質のバンド構造を直接観察できる角度分解光電子分光である。一方、理論的に提案されつつも技術的要求の高さから、これまでその観測を阻んできたトポロジカル量子相がある。それが本研究で主題とする「高次トポロジカルエッジ状態」「ワイル磁性電子状態」「マヨラナ励起状態」である。本研究では、角度分解光電子分光の顕微測定によって実現される直接バンド観察から、上記の未解決トポロジカル量子相を解明する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、顕微ARPESを用いて、トポロジカル電子状態を空間分解しつつ実証する。まず、Bi4Br2I2に対しては、終端面に選択的にビームを照射し、弱いトポロジカル絶縁体(WTI)に特有の側面トポロジカル表面状態を明瞭に観測した。大きなバンドギャップと強固なトポロジカル表面状態を示し、理想的なWTIであることを確立した。一方、GdRu2Si2では、磁気ドメインに対する空間選択ARPESを通じて、ドメインごとに方向性の異なる擬ギャップ及びフェルミアーク、また、スキルミオンサイズに対応したフェルミ面ネスティング構造を可視化した。これにより、RKKY相互作用に起因するスキルミオン形成機構を実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果は、空間・運動量・スピンの三軸分解を実現する顕微ARPESを用いて、弱トポロジカル絶縁体やスキルミオン格子などに現れる局在トポロジカル状態を直接観測し、その起源と対称性破れとの関係を明らかにした点で学術的に極めて高い意義を持つ。従来の理論的提案に対し実験的裏付けを与えることで、トポロジカル物質の分類と制御指針に新たな枠組みを提供する。また、得られた知見は、低消費電力かつ高密度なスピントロニクス素子や量子情報デバイスの設計に直結するものであり、将来の情報技術革新に貢献する社会的意義も大きい。
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