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トポロジカル絶縁体におけるスピンロックの超低速ミュオンによる検出

公募研究

研究領域超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
研究課題/領域番号 26108713
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
研究機関上智大学

研究代表者

後藤 貴行  上智大学, 理工学部, 教授 (90215492)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2015年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードトポロジカル絶縁体 / 表面スピン構造 / 低速ミュオン / 薄膜 / スピン偏極 / μSR
研究実績の概要

本年度は、トポロジカル絶縁体薄膜の表面スピン構造、及び、量子スピン磁性体の基底状態についての研究をミクロプローブであるμSR、NMRを用いて行った。
まず、トポロジカル絶縁体については、東北大との共同研究により、マイカ基板上に製膜した膜厚60nmのテトラジマイト構造Bi1.5Sb0.5TeSe2単結晶試料について、PSIのLEM施設において、μSR実験を二回(ビームタイム3日×2)に分けて行った。この研究は、トポロジカル絶縁体表面内で完全偏極しているスピン構造を明らかにするため、薄膜に平行に横磁場(TF)を印加し、TFに平行・反平行に向いたスピン流の時間反転対称性を破り、面に垂直なキャントを引き出し、これをミュオンの時間スペクトルの変化で検出しようとするものである。
ミュオンの加速電圧を1keVまで落とすことで、50%のミュオンを膜内に止めることができ、さらに100G程度のTF磁場印加に対してもリングアノードの電圧調整によってスポットを的確に試料上に持って来られる。低温5Kにおいて、TF印加(100G)した状態で、表面(加速電圧1keV)では、バルク(3keV)に対し、ナイトシフトの増大(+0.2%程度)、緩和率の増大(3倍程度)、等、いずれも顕著な変化が見出された。しかしながら、これらは結局、金属薄膜(Au)の標準試料においても同程度の変化が見られ、加速電圧の変化によるアーチファクトが大き過ぎることが明らかになった。よって、この方法で表面スピン状態を検知するには、装置の分解能がより高い、JPARCでの実験が必須であろうと考えられる。なお本件の途中経過については、リスト11(ICM2015)で報告している。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(PSI)(スイス)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Low-energy μSR Study on the Tetradymite Topological Insulator Bi1.5Sb0.5TeSe2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Goto, Kazuki Matsui, Tadashi Adachi, Tomi Ohtsuki, Ngoc Han Tu, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki, Isao Watanabe, Zaher Salman, Andreas Suter, Thomas Prokscha
    • 雑誌名

      Physics Procedia Volume

      巻: 75 ページ: 100-105

    • DOI

      10.1016/j.phpro.2015.12.014

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] µSR study on quantum spin system NH4CuCl32014

    • 著者名/発表者名
      K Matsui, T Suzuki, A Oosawa, M Fujisawa. K Yoshizawa, H Tanaka, T Goto, P K Biswas, A Amato, I Watanabe
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 551 ページ: 0120071-0120075

    • DOI

      10.1088/1742-6596/551/1/012007

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NMR Study On Kagome-Lattice Antiferromagnet Cs2Mn3LiF122014

    • 著者名/発表者名
      S Moriya, Y Usui, H Tanaka, K Matsui, Y Mori, H Kuroe, T Sasaki and T Goto
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 568 号: 4 ページ: 0420081-0420085

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/4/042008

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gradual evolution in spin dynamics of TlCu1-xMgxCl3 probed by muon-spin- relaxation (muSR) technique2014

    • 著者名/発表者名
      Takao Suzuki, Isao Watanabe, Fumiko Yamada, Yasuyuki Ishii, Kazuki Ohishi, Takayuki Goto, and Hidekazu Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 502 ページ: 0120411-0120415

    • DOI

      10.1088/1742-6596/502/1/012041

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ground state of bond-disordered quasi-one-dimensional spin system (CH3)2CHNH3Cu(ClxBr1-x)3 with x = 0, 0.25 and 0.32014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Go- to, Takao Suzuki, Isao Watanabe, Hirotaka Manaka, Hubertus Luetkens and Alex Amato
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan: Con- ference Proceedings

      巻: 2 ページ: 0102071-0102075

    • DOI

      10.7566/jpscp.2.010207

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Low-energy μSR study on the tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe22016

    • 著者名/発表者名
      T. Goto, K. Matsui, Tu Ngoc Han, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      Frontier of the Muon Science Applications RIKEN-RAL Muon Facility 25-Years Operation Cerebration
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2016-02-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-energy μSR study on the thin-film of tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe22016

    • 著者名/発表者名
      K. Matsui, T. Goto, Tu Ngoc Han, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      International USMM &CMSI Workshop
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-01-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Large - area synthesis and nondestructive transfer process of high - quality Bi2-xSbxTe3-ySey films2015

    • 著者名/発表者名
      Tu Ngoc Han, Yoichi Tanabe, Yosuke Satake, Khuong, Kim Huynh, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Low-energy SR study on the tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe22015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Goto, Kazuki Matsui, Tadashi Adachi, Tomi Ohtsuki, Ngoc Han Tu, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki, Isao Watanabe, Zaher Salman, Andreas Suter and Thomas Prokscha
    • 学会等名
      20th International Conference on Magnetism ICM2015
    • 発表場所
      Palau de Congressos de Catalunya(Barcelona, Spain)
    • 年月日
      2015-07-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] μSR study on quantum spin system NH4CUCl32014

    • 著者名/発表者名
      K Matsui, A Oosawa, K Yoshizawa, T Goto, I Watanabe, T Suzuki, M Fujisawa, H Tanaka, P K Biswas and A Amato
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2014)
    • 発表場所
      Grindelwald, Switzerland
    • 年月日
      2014-06-01 – 2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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