研究課題
本研究では、重要な物性を示すが大型単結晶の育成が困難な物質について、物性発現に深く関わるフェルミ準位近傍の微細電子構造を決定するために、高分解能角度分解光電子法の微小単結晶実験技術・装置を開発する。最終年度である本年度は、微小試料測定システムの最終調整を行うと共に、多軸回転試料マニピュレーターの製作を行い、1個の微小試料から様々な方位のデータを一挙に測定できるようにするなど、測定の効率を最大限に高める工夫を行った。開発した測定システムの高分解能や高検出効率を生かして、新たな超伝導体や新規機能物質について、その物性発現に関わる微細電子構造を決定するために高分解能光電子分光実験を行った。典型的強結合BCS超伝導体であるPbが薄膜化したときに示す、超伝導転移温度の特異な振動現象の起源について電子構造に基づいた理解を得るために、原子層レベルに制御した良質なPb単結晶薄膜を作成し、高分解能ARPESによってバンド構造とフェルミ面の膜圧依存性を決定した。その結果、G点における"M字型"バンドの縁によって形成される電子状態密度のピークが、膜圧方向の量子化によって周期的に現れることが、超伝導転移温度の振動現象と密接に関わる事が明らかになった。また、開発したプラズマ放電管を中心とした微小スポット光学系により、セメント超伝導体12CaO7・Al2O3(C12A7)のバルク内電子を励起し、電気伝導に直接関わるフェルミ準位極近傍の電子状態の決定を行った。その結果、結晶を構成する直径居5nm程のカゴの中空部に主に存在するカゴ中電子が形成するcage conduction band(CCB)の直接観測に世界で初めて成功した。この研究成果は、日本物理学会誌の注目論文に選定された。
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