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光誘起ドーピングされたトポロジカル絶縁体のデバイス応用探索

公募研究

研究領域3D活性サイト科学
研究課題/領域番号 17H05211
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学 (2018)
千葉大学 (2017)

研究代表者

坂本 一之  大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードナノ構造物理 / 光誘起ドーピング / トポロジカル絶縁体 / スピントロニクス / 表面物性 / 表面・界面物性
研究実績の概要

トポロジカル絶縁体の応用利用に不可欠である、ナノメートルスケールでの電荷ドーピングが簡便にできる、これまで報告のない全く新しい光誘起ドーピング方法を見出し、その機構を解明した。H2O雰囲気下において、わずかに炭素で汚染されたBi2Se3にSeの内殻準位を励起するのに十分エネルギーの高い光を照射すると試料にホールがドープされる。このホール注入の活性サイトは最外層Seと1層目Biの間で、3つのBiの重心位置に吸着した酸素であり、ドーパント形成サイトは表面上に吸着したエチレン分子であることを明らかにした。また、同様の光誘起ドーピングがBi2Te3や TlBiSe2でも確認されたことから、この手法の普遍性も明らかにした。
光誘起ドーピングは研究代表者が所有するスピン・角度分解光電子分光装置と国内外の放射光施設で行なった。ホール注入はトポロジカル絶縁体のディラック点の束縛エネルギー変化から求め、ドーパントおよびドーパント形成サイトに関する情報は内殻光電子分光、光電子回折と走査トンネル顕微鏡より得た。ドーパントの吸着サイトはO 1s内殻準位からの光電子回折パターンをシミュレーションで得たパターンと比較することによって求め、ドーパント形成サイトは試料の劈開に用いたスコッチテープからの放出ガス成分を質量分析器より求めた結果と走査トンネル顕微鏡と第一原理計算より得た結果を比較することで明らかにした。光誘起ドーピングの安定性に関しては、超高真空中で光誘起ドーピングした試料を一度大気圧下に置き、12時間以上後に真空槽に戻すことで確認した。
また、主課題以外にも、本新学術領域に参加することで新しく始めた金ナノ粒子の電子状態解明に関する共同研究において、ナノ粒子では5d軌道の電子状態が金のバルク固体と大きく異なることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 11件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Muenster大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Laboratorio TASC(イタリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 固体表面上の新奇ラシュバスピンテクスチャ - 対称性に誘起された特異なラシュバ効果 -2018

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 53 ページ: 629-637

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlled Modification of Superconductivity in Epitaxial Atomic Layer-Organic Molecule Heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshizawa, E. Minamitani, S. Vijayaraghavan, P. Mishra, Y. Takagi, T. Yokoyama, H. Oba, J. Nitta, K. Sakamoto, S. Watanabe, T. Nakayama, and T. Uchihashi
    • 雑誌名

      Nano Lett.

      巻: 17 号: 4 ページ: 2287-2293

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.6b05010

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Valley spin polarization of Tl/Si(111)2017

    • 著者名/発表者名
      Stolwijk Sebastian D.,Schmidt Anke B.、Sakamoto Kazuyuki、Krueger Peter、Donath Markus
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 1 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.1.064604

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Spin-polarized bands at solid surfaces2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      The first international workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機分子吸着による表面原子層物質の電子状態変化2019

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Peculiar Rashba spin textures of metal adsorbed surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces & Cross-Strait Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Size-dependent electronic structure of Au nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Suda, M. Iwaoka, I. Yamamoto, J. Fujii, S. Yamazoe, K. Sakamoto
    • 学会等名
      34th European Conference on Surface Science (ECOSS 34)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Peculiar Spin Structure of Heavy Element Atomic Layers2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In/Si(111)-(√7×√3)のフェルミ面における特異なラシュバスピン2018

    • 著者名/発表者名
      小林宇宏、中田慶隆、矢治光一郎、獅子堂達也、吉澤俊介、小森文夫、辛埴、内橋隆、坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Micro-ARPES study of a Weyl semimetal candidate MoTe22018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, K. Kasai, E.F. Schwier, A. Ino, K. Ueno, N. Aoki, and K. Sakamoto
    • 学会等名
      the 22th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic structures of organic single crystals2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      Core-to-Core meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic properties of thallium single crystal thin film2017

    • 著者名/発表者名
      M. Iwaoka, K. Koga, Y. Yaoita, Y. Zhang, Y. Sassa, J. Fujii, Y. Yoshida, Y. Hasegawa, S. Ichinokura, R. Akiyama, S. Hasegawa, and K. Sakamoto
    • 学会等名
      33rd European Conference on Surface Science (ECOSS 33)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal induced magnetic transition in 1D Ni(III)-dithiolene complex2017

    • 著者名/発表者名
      D. Hanamoto, R. Suizu, H. Masu, K. Awaga, and K. Sakamoto
    • 学会等名
      the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature-dependent electronic state of a spin crossover complex [Fe(tdap)2(NCS)2] thin film2017

    • 著者名/発表者名
      J. Nitta, Y.Shuku, T. Shimano, I. Yamamoto, K. Awaga and K. Sakamoto
    • 学会等名
      the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembled Honeycomb Lattice Formed by a Cyclic Thiazyl Diradical BDTDA Monolayer on Cu(111)2017

    • 著者名/発表者名
      R. Suizu, M. Yamamoto, D. Hanamoto, T. Shirasawa, and K. Sakamoto
    • 学会等名
      the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic structure of a DNTT single crystal2017

    • 著者名/発表者名
      N. Minagawa, J. Nitta, Y. Sassa, S. Ono, and K. Sakamoto
    • 学会等名
      the 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 固体表面上の特異なラシュバスピン2017

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 学会等名
      東大物性研短期研究会「光で見る・操る 電子物性科学の最前線~強相関、トポロジー、低次元、ダイナミクス~」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子層物質の新奇電子状態2017

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 学会等名
      PF研究会「次世代光源で拓かれる光電子分光研究の将来展望」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光圧による相転移2017

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 千葉大学 坂本一之グループ ホームページ

    • URL

      http://surfnanophys.adv.chiba-u.jp/Welcome.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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