空間反転対称性の破れた3ｄ遷移金属モノシリサイドの電子状態・スピン構造の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03519
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 有田 将司 広島大学, 技術センター, 技術専門職員 (20379910)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 近藤半導体 / 電子相関 / トポロジカル物質

研究実績の概要

ディラック半金属やワイル半金属など、ある種の対称性を有する系やその対称性が破れた系で発現する特異な電子・スピン構造に注目が集まっている。3d遷移金属モノシリサイドMSi(M=Mn、Fe、Co)は、長年、物性研究がなされているが、本研究では、MSiの電子・スピン構造を位相や次元性、また対称性、表面といった新しい観点から詳細に調べ、これまでの物性研究の結果と比較することで、この物質系での新しい物理的知見を得ることを目的とし、研究実績のあるFeSiに注目して実験を進めている。本年度は、FeSiを機械研磨とアニールによる(001)方向での清浄表面作成を行い、スピン分解・角度分解光電子分光（Spin-ARPES）実験を行うことができた。昨年度までの垂直放出の励起エネルギー測定によりkz分散を得ることができ、ブリルアンゾーン高対称線Γ-X、X-Mが測定できる励起エネルギーが分かったため、測定時間が長いSpin-ARPES測定ではあるが、選択的に測定を行うことができた。測定は、入射面内とΓ-X方向を合わせ、入射面内に放出される光電子の角度とスピン方向を検出する配置で行った。
その結果、価電子帯頂上、Γ点周辺のバンドについて、少なくとも試料表面の面内スピンが偏極している様子が観測された。スピンの成分は、測定配置の制限により正確な決定はできないが、Γ-X方向に垂直方向の成分を持ち、向きは、Γ点を挟み、運動量±kにおいて反転する傾向にあることが分かった。
薄膜作製については、Si[111]面上にMnとCoを蒸着し、アニールを行ったが、RHEED像が得られる原子秩序を持った薄膜は、得ることができなかった。そのため、MnSi、CoSiについてFlux法による単結晶を作成を試み、1.5mm角程度の単結晶を得ることに成功した。機械研磨による清浄表面を得ることも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental observation of Dirac cones in artificial graphene lattices (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Yue, H. Zhou, D. Geng, Z. Sun, M. Arita, K. Shimada, P. Cheng, L. Chen, S. Meng, K. Wu and B. Feng
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 201401/5p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.201401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductivity and Fermi-surface nesting in the candidate Dirac semimetal NbC (2020)
  • 著者名/発表者名: D. Yan, D. Geng, Q. Gao, Z. Cui, C. Yi, Y. Feng, C. Song, H. Luo, M. Yang, M. Arita, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, L. Zhao, K. Wu, H. Weng, L. Chen, X. J. Zhou, Z. Wang, Y. Shi and B. Feng
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 205117/7p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.205117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic and crystal structures of (Na1-xCax)Cr2 O4 with anomalous colossal magnetoresistance (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaoka, E. F. Schwier, Y. Yamamoto, M. Nakatake, M. Sawada, H. Sakurai, N. Tsujii, M. Arita, H. Iwasawa, M. Taguchi, K. Shimada and J. Mizuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 235150/11p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.235150
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thickness-induced metal to insulator transition in Ru nanosheets probed by photoemission spectroscopy: Effects of disorder and Coulomb interaction (2020)
  • 著者名/発表者名: D. Ootsuki, K. Kodera, D. Shimonaka, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Minohara, K. Horiba, H. Kumigashira, E. Ikenaga, A. Yasui, Y. Uchimoto, S. Toyoda, M. Morita, K. Fukuda and T. Yoshida
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 1541/7p
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58057-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, Y. Arai, N. Rezaei, S. Kunisada, S. Sakuragi, M. Alaei, Y. Kinoshita, C. Bareille, R. Noguchi, M. Nakayama, S. Akebi, M. Sakano, K. Kawaguchi, M. Arita, S. Ideta, K. Tanaka, H. Kitazawa, K. Okazaki, M. Tokunaga, Y. Haga, S. Shin, H. S. Suzuki, R. Arita and T. Kondo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 2888/9p
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16707-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental evidence of monolayer AlB2 with symmetry-protected Dirac cones (2020)
  • 著者名/発表者名: D. Geng, K. Yu, S. Yue, J. Cao, W. Li, D. Ma, C. Cui, M. Arita, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, P. Cheng, L. Chen, K. Wu, Y. Yao and B. Feng
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 161407/5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.161407
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Momentum dependent band renormalization and surface aging effect on a zone center electron pocket in NaSn2As2Revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Akabane, T. Shimaiwa, Y. Goto, Y. Mizuguchi, T. Yokoya, M. Arita, S. Kumar, E. F. Schwie, K. Shimada, N. L. Sain and T. Mizokawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 114707/7p
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.114707
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 角度分解光電子分光で観察した希薄キャリア超伝導体におけるフラットバンド構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋元優紀, 黒田健太, 越智正之, 川口海周, 櫻木俊輔, 新井陽介, 万宇軒, 黒川輝風, 田中宏明, 有田将司, 出田真一郎, 田中清尚, 辛埴, 平井大悟郎, 廣井善二, 山田高広, 近藤猛
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
• [学会発表] CaKFe4As4の特異なフェルミ面構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 氷上颯馬, 森綱尚輝, 溝川貴司, 石田茂之, 永崎洋, 伊豫彰, 今井基晴, 阿部英樹, 有田将司, Shiv Kumar, Eike F. Schwier, 島田賢也, N.L. Saini
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会