軌道角運動量を持つ光とスピン分解光電子分光法を用いた新測定手法の模索・開発

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13823
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 宮本 幸治 広島大学, 放射光科学研究センター, 助教 (50508067)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 多極子遷移 / スピン / OAM光

研究実績の概要

本研究は、新たな光源として注目されている軌道角運動量をもつ光(0AM光)を光電子分光の分野に取り入れ、その励起過程等が理論上示唆されている多重極子遷移が関与しているのかを実験的に明らかにすることを目的としている。当初、初年度ではOAM光を作成する最適な方法を検討し、それらを考慮した位相子を導入、さらに、その位相子で作成したOAM光の評価であった。しかしながら、当初の予定では想定していなかった長期ドイツ渡航などのため、作業開始が遅延した。また、軌道角運動量の最適な方法を調査するため、北海道大学にてOAM光を6eVでどのように発生するのが最適かを専門家を交えて議論した。その結果を踏まえOAM光を発生させる位相子を選定・購入し、我々の装置に導入した。さらに、OAM光で多重極子遷移を生じさせるためには、回折限界程度まで光を集光させる必要があることが新たに分かったため、6eVの光を数μmサイズに集光できる集光レンズの設計及びその導入を行った。その結果、10μm以下の集光された光を作成する事に成功した。一方で、光のμサイズ化に伴い、光電子分光用の電子分析器のレンズ調整が必要となったため、現在、研究協力者の学生とともにその調整を行っている最中である。今後の予定として、次年度の夏までに電子分析器のレンズ調整を終了し、OAM光の作成を試みる予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度ではOAM光を作成する最適な方法および導入までを行う予定であったが、軌道角運動量の最適な方法を、専門家と討論した。その結果を踏まえ、現在、OAM光を発生させる位相子を購入した。しかし、OAM光の光の研究を進めてく上で、当初予定していなかった研究ステップが予想以上に生じたため、当初の予定よりも遅れている。例えば、OAM光で多重極子遷移を生じさせるためには、回折限界程度まで光を集光させる必要があることが新たに分かり、6eVの光を数μmサイズに集光できる集光レンズを導入した。その結果、光電子分光用の電子分析器のレンズ調整が新たに必要となった。現在、その調整を行っている。
また、科研費申請後にフンボルト助成金を獲得したため、日本に滞在する期間が予定よりも短く研究に費やせる時間が短くなったのも研究に遅れが生じた理由の一つである。

今後の研究の推進方策

OAM光を導入する前に電子分析器のレンズ調整を早い段階で終了し、OAM光の導入を急ぐとともに、その間に測定手法の異なる別の装置でOAM光を導入した実験も行い、そのOAM光を発生させる位相子が適切に動作している事を確認する。
さらに、レンズ調整の合間にOAM光による多重極子遷移を観測する為の実験準備を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

当初購入予定したものとことなる製品で対応した為、使用額が多少余った。また、当初の予定よりも進捗状況が遅れているためでもある。

次年度使用額の使用計画

本年度は、調査研究費に加え、研究協力者の学生の作業をすこし当初の予定より増やす予定であり、昨年の余剰分を費やす予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Direct observation of spin-layer locking by local Rashba effect in monolayer semiconducting PtSe2 film (2017)
  • 著者名/発表者名: Wei Yao, Eryin Wang, Huaqing Huang, Ke Deng, Mingzhe Yan, Kenan Zhang, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Linfei Li, Yeliang Wang, Hongjun Gao, Chaoxing Liu, Wenhui Duan, Shuyun Zhou
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 14216
  • DOI: 10.1038/ncomms14216
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Orbital-symmetry-selective spin characterization of Dirac-cone-like state on W (110) (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, H. Wortelen, H. Mirhosseini, T. Okuda, A. Kimura, H. Iwasawa, K. Shimada, J. Henk, M. Donath
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 ページ: 161403
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.161403
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nonvortical Rashba spin structure on a surface with C 1 h symmetry (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Annese, T.Kuzumaki, B. Mueller, Y. Yamamoto, H. Nakano, H. Kato, A. Araki, M. Ohtaka, T. Aoki, H. Ishikawa, T. Hayashida, J. R Osiecki, K. Miyamoto, Y. Takeichi, A. Harasawa, K. Yaji, T. Shirasawa, K. Nittoh, W. Yang, K. Miki, T. Oda, H. W. Yeom, K. Sakamoto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 ページ: 016803
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.016803
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hidden Rashba spin-split states in a quasi-one-dimensional Au atomic chain on ferromagnetic Ni (110) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Warashina, Munisa Nurmamat, Koji Miyamoto, Tatsuya Shishidou, Masaki Taniguchi, Akio Kimura, Taichi Okuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 241109
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.241109
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3. Observation of the spin-polarized surface state in a noncentrosymmetric superconductor BiPd (2016)
  • 著者名/発表者名: Madhab Neupane, Nasser Alidoust, M. Mofazzel Hosen, Jian-Xin Zhu, Klauss Dimitri, Su-Yang Xu, Nagendra Dhakal, Raman Sankar, Ilya Belopolski, Daniel S. Sanchez, Tay-Rong Chang, Horng-Tay Jeng, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Hsin Lin, Arun Bansil, Dariusz Kaczorowski, Fangcheng Chou, M. Zahid Hasan & Tomasz Durakiewicz
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 13315
  • DOI: 10.1038/ncomms13315
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exchange coupling and spin structure in cobalt-on-chromia thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: Renu Choudhary, Takashi Komesu, Pankaj Kumar, Priyanka Manchanda, Kazuaki Taguchi, Taichi Okuda, Koji Miyamoto, Peter A Dowben, Ralph Skomski, Arti Kashyap
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 115 ページ: 17003
  • DOI: 10.1209/0295-5075/115/17003
  • 国際共著
• [学会発表] Spin polarized surface state on various surface of Tungsten (VBT) (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本幸治
  • 学会等名: Nano-Micro confernce 2017
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2017-06-19 – 2017-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スピン分解光電子分光法による隠れた電子スピン構造の探索とその実験手法の将来展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本幸治
  • 学会等名: 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～
  • 発表場所: 東京大学 物性研究所
  • 年月日: 2017-06-12 – 2017-06-14
  • 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接合 I：結晶構造と電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山裕磨, S. V. Eremeev, 白澤徹郎, 杉山裕弥, 角田一樹, 宮本幸治, 奥田太一, 出田真一郎, 田中清尚, E. V. Chulkov, 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20