高感度な表面磁気光学カー効果測定装置の開発と表面ラシュバ系のスピン伝導の研究

• 研究課題/領域番号: 25600093
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 東京工業大学 (2014-2015); 東京大学 (2013)
• 研究代表者: 平原 徹 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (30451818)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 物性実験 / 表面・界面物性 / ラシュバ効果 / スピン分裂 / 表面・界面 / スピンエレクトロニクス

研究成果の概要

本研究の目的は非磁性体表面で大きなスピン分裂を示すバンド構造(Rashba効果)を持つ系の運動量・スピンロッキング由来のスピン伝導現象を測定することである。そのためにまず左右円偏光のレーザーを試料に照射し、試料両端に生じる起電力を測定した。Bi(111)表面とAg(111)√3×√3-Bi表面に対して円二色性が観測できたが、Rashba効果がないSi(111)7×7表面でも円二色性が見られた。第二の実験として、試料に電流を印加しながらスピン偏極ヘリウムイオンの散乱によって表面Rashba系の電流誘起のスピン偏極を検出することを試み、スピン軌道相互作用に由来するスピン依存の散乱を検出した。

研究成果

• [雑誌論文] Role of Quantum and Surface-State Effects in the Bulk Fermi Level Position of Ultrathin Bi films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, T. Shirai, T. Hajiri, M. Matsunami, K. Tanaka, S. Kimura, S. Hasegawa, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.106803
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct observation of a gap opening in topological interface states of MnSe/Bi2Se3 heterostructure (2015)
  • 著者名/発表者名: A.V. Matetskiy, I. A. Kibirev, T. Hirahara, S. Hasegawa, A.V. Zotov, and A.A. Saranin
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4930151
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Target element dependent spin–orbit coupling in polarized 4He+ ion (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木拓、酒井治、一ノ倉聖、平原徹、長谷川修司
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 巻: 印刷中 ページ: 163-166
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2014.11.055
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Rashba and quantum size effects in ultrathin Bi films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 201 ページ: 98-104
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2014.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] ビスマス表面におけるスピン依存イオン散乱 (2015)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖, 平原徹, 酒井治, 長谷川修司, 鈴木拓
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 36 号: 8 ページ: 408-411
  • DOI: 10.1380/jsssj.36.408
  • NAID: 130005093814
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ Magnetotransport Measurements of Ultrathin Bi films: Evidence for a Surface-Bulk Coherent Transport (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Aitani, *T. Hirahara, S. Ichinokura, M. Hanaduka, D. Y. Shin, S. Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 号: 20 ページ: 206802-206802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.206802
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure Determination of Multilayer Silicene Grown on Ag(111) films by Electron Diffraction: Evidence for Ag Segregation at the Surface (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shirai, T. Shirasawa, T. Hirahara, N. Fukui, T. Takahashi, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.241403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox Control and High Conductivity of Nickel Bis(dithiolene) Complex π–Nanosheet: A Potential Organic Two-Dimensional Topological Insulator (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kambe, R. Sakamoto, T. Kusamoto, T. Pal, N. Fukui, K. Hoshiko, T. Shimojima, Z. Wang, K. Ishizaka, S. Hasegawa, F. Liu, and H. Nishihara
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 41 ページ: 14357-14360
  • DOI: 10.1021/ja507619d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and transport properties of Cu doped Bi2Se3 films (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shirasawa, M. Sugiki, T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Hasegawa, and T. Takahashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 19 ページ: 195311-195311
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.195311
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron-spin-dependent 4He+ ion scattering on Bi surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖、平原徹、酒井治、長谷川修司、鈴木拓
  • 雑誌名: Radiat. Eff. Defects Solids 巻: 169 号: 12 ページ: 1003-1009
  • DOI: 10.1080/10420150.2014.977284
  • 査読あり
• [雑誌論文] <i>In Situ </i>Microfabrication and Measurements of Bi₂Se₃Ultrathin Films in a Multichamber System with a Focused Ion Beam, Molecular Beam Epitaxy, and Four-Tip Scanning Tunneling Microscope (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, R. Hobara, T. Hirahara, Y. Miyatake, H. Mizuno, T. Sasaki, T. Nagamura, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 12 号: 0 ページ: 423-430
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2014.423
  • NAID: 130004694041
  • ISSN: 1348-0391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anisotropic Electronic Conduction in Metal Nanofilms Grown on a One-Dimensional Surface Superstructure (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Nagamura, R. Hobara, T. Uetake, T. Hirahara, M. Ogawa, T. Okuda, K. He, P. Moras, P. M. Sheverdyaeva, C. Carbone, K. Kobayashi, I. Matsuda, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.125415
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ transport measurements on ultrathin Bi (111) films using a magnetic tip : Possible detection of current-ind uced spin polarization in the surface states (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tono, T. Hirahara, S. Hasegawa
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 15 号: 10 ページ: 105018-105018
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/10/105018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi level tuning of topological insulator thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Aitani, Y. Sakamoto, T. Hirahara, M. Yamada, H. Miyazaki, M. Matsunami, S. Kimura, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Jpn. Jour. Appl. Phys 巻: 52 号: 11R ページ: 110112-110112
  • DOI: 10.7567/jjap.52.110112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoresistance measurements of a superconducting surface state of In-induced and Pb-induced structures on Si(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 110 号: 23 ページ: 237001-237001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.237001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of Dirac fermions in multilayer silicene (2013)
  • 著者名/発表者名: P. De Padova, P. Vogt, A. Resta, J. Avila, I. Razado-Colambo, C. Quaresima, C. Ottaviani, B. Olivieri, T. Bruhn, T. Hirahara, T. Shirai, S. Hasegawa, M. C. Asensio, and G. Le Lay
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 号: 16 ページ: 163106-163106
  • DOI: 10.1063/1.4802782
  • 査読あり
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証II (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, 白井皓寅, 羽尻哲也, 松波雅治, 田中清尚, 木村真一, 長谷川修司, 小林功佳
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Growth and Electronic Structure of a Tellurium Thin Film on Bi2Te3 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuma Okuyama, Yuya Sugiyama, and Toru Hirahara
  • 学会等名: The 20th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 発表場所: Hiroshima University
  • 年月日: 2016-03-09
  • 国際学会
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第一回 ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-01-28
• [学会発表] Surface and Bulk States of Ultrathin Bi films: Electronic Structure and Transport Properties (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Ichinokura, M. Hanaduka, D. Y. Shin, T. Hajiri, M. Matsunami, K. Tanaka, S. Kimura, K. Kobayashi, and S. Hasegawa
  • 学会等名: 15th International Conference on the Formation of Semiconductor interfaces
  • 発表場所: International Conference Center Hiroshima
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, 白井皓寅, 羽尻哲也, 松波雅治, 田中清尚, 木村真一, 長谷川修司, 小林功佳
  • 学会等名: UVSORシンポジウム
  • 発表場所: 分子科学研究所
  • 年月日: 2015-11-06
• [学会発表] 表面・界面でのスピン軌道相互作用：ビスマス系化合物を中心に (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第七回 神楽坂 凝縮系理論勉強会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2015-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ構造の電子状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹，久保高幸，Andrei Mateckij，高山あかり，松波雅治，羽尻哲也，田中清尚，木村真一，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 低温強磁場下におけるBi超薄膜の走査トンネルポテンショメトリ測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村友謙，保原麗，高山あかり，長谷川修司，平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Si(110)2×5-Auにおける擬1次元伝導の測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東野剛之，平原徹，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] BiおよびBi/Ag薄膜のラシュバ効果による光誘起電圧の円二色性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石原大嵩，福居直哉，花塚真大，保原麗，高山あかり，平原徹，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Electronic Structure of Ultrathin Materials: Films and Heterostructures of Bi-Related Compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: Toru Hirahara
  • 学会等名: The 19th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 発表場所: Hiroshima (Japan)
  • 年月日: 2015-03-04 – 2015-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] Structure determination of multilayer silicene grown on Ag(111) films by electron diffraction: Evidence for Ag segregation at the surface (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shirai, T. Shirasawa, T. Hirahara, N. Fukui, T. Takahashi, S. Hasegawa
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Matsue (Japan)
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-06
• [学会発表] Electron-spin dependent 4He+ ion scattering on epitaxially-grown Bi surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ichinokura, T. Hirahara, S. Hasegawa, O. Sakai, T. T. Suzuki
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Matsue (Japan)
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-06
• [学会発表] The electric conduction anisotropy of topological insulator thin films, Bi2Te3 and Bi2Se3 grown on a vicinal substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, T. Hirahara, S. Hasegawa
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Matsue (Japan)
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-06
• [学会発表] Structure and Transport Properties of Cu-Doped Bi2Se3 Films (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shirasawa, M. Sugiki, T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Hasegawa, T. Takahashi
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Matsue (Japan)
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-06
• [学会発表] Bi超薄膜の走査トンネルポテンショメトリ測定：エッジでのポテンシャル異常 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村友謙，保原麗，長谷川修司，平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] ヘリウムイオン散乱におけるスピン軌道相互作用の標的元素依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木拓，酒井治，一ノ倉聖，平原徹，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Si(111)-√7×√3-Inの2つの超構造hex/rectのSTM観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤俊，平原徹，申東潤，一ノ倉聖，松田巌，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 微斜面Bi2Te3, Bi2Se3薄膜の異方的電気伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉，平原徹，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Bi表面におけるスピン偏極イオン散乱分光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖，酒井治，長谷川修司，平原徹，鈴木拓
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] CuドープBi2Se3薄膜の構造と電子輸送特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎，杉木祐人，平原徹，長谷川修司，高橋敏男
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Spin-split band structure and spin-polarized transport in surface states of ultrathin Bi films (2014)
  • 著者名/発表者名: Toru Hirahara
  • 学会等名: International Workshop of Computational Nano-Materials Design on Green Energy
  • 発表場所: Osaka (Japan)
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-03
  • 招待講演
• [学会発表] 多層シリセンの構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白井皓寅、白澤徹郎、平原徹、高橋敏男、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
• [学会発表] スピン偏極イオン散乱分光法を用いたBi超薄膜における電流誘起スピン偏極の検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖，平原徹，鈴木拓，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
• [学会発表] 低温強磁場下で動作する走査トンネルポテンショメトリ装置の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村友謙，保原麗，長谷川修司，平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
• [学会発表] in situ FIB加工微細構造を用いたBi2Se3のスピンホール効果測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉，平原徹，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
• [学会発表] Si結晶表面上のInおよびPbモノレイヤー超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田学，平原徹，保原麗、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
• [学会発表] Ultrathin materials (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: 8th Japanese-French Frontiers of Sciences Symposium
  • 発表場所: Metz (France)
• [学会発表] ビスマスはトポロジカル物質か？ (2013)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 科研費基盤研究A「固体中のディラック電子」第3回研究会
  • 発表場所: 赤穂温泉（兵庫）
  • 招待講演
• [学会発表] シリセンに関する実験の現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年度秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 招待講演
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平原徹，松波雅治，羽尻哲也，木村真一，長谷川修司，小林功佳
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
• [学会発表] Si(111)上の希薄磁性表面の電気伝導 (2013)
  • 著者名/発表者名: 申東潤、平原徹、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
• [学会発表] Bi2Se3超薄膜でのスピンホール効果検出の試み (2013)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉，平原徹，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
• [学会発表] Ultrathin films of topological insulators (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: IMS workshop on Advanced Spectroscopy of Correlated Materials (ASCM 13)
  • 発表場所: Okazaki (Aichi, Japan)
  • 招待講演
• [学会発表] Topological quantum phase transitions in ultrathin films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
  • 招待講演
• [学会発表] Electrical Conductivity of a Dilute Magnetic Surface Superstructure on Si(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Y. Shin, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
• [学会発表] In situ FIB Etching and Conduction Measurement of Microstructures on a Topological Insulator Thin Film (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
• [学会発表] Surface-State Superconductivity (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada, T. Hirahara, R. Hobara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
• [学会発表] The modification of ultra thin films and in situ electrical conduction measurements using a four-tip STM combined with FIB (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 19th International Vacuum Congress (IVC-19)
  • 発表場所: Paris (France)