顕微レーザー角度分解光電子分光による複合原子層における非自明なバンド構造の研究

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01834
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 坂野 昌人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70806629)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 角度分解光電子分光 / 原子層フレーク試料 / ファンデルワールス積層体

研究実績の概要

これまで、微小試料（~0.01 mm）も測定可能な顕微レーザー角度分解光電子分光システムを構築するとともに、角度分解光電子分光測定が可能なファンデルワールス積層体の試料作製プロセスを確立している。そして、それらを用いて原子層WTe2における電子構造の層数偶奇効果を発見している。
2022年度はここから着想を得て、ツイスト2層ReSe2やツイスト2層WTe2を研究対象とし、積層秩序によって空間反転対称性の有無を制御する研究を行った。それぞれの天然2層構造と人工的に作製したツイスト2層構造において強誘電性やスピン物性の基となるスピン分裂したバンド構造の有無が観測され、積層秩序によってそれら物性を操作可能であることを明らかにした。その他、ツイスト2層WSe2、ツイスト2+2層WTe2のバンド構造を行い、ツイスト積層体に特有なバンド構造を明らかにした。
また、金剥離法を用いた新規単層試料の作製の研究を行った。その結果、蒸着した金では平坦性が担保されず、角度分解光電子分光測定が困難であることが明らかとなった。
さらに、透過型電子顕微鏡測定やX線回折が可能な試料の作製方法を確立した。透過型電子顕微鏡を用いて数層MoTe2、単層・2層・ツイスト2層WSe2の結晶構造の評価を行った。ツイスト2層WSe2では超高速電子顕微鏡によってパルスレーザー照射に伴う層間距離の超高速変化を、60 nm厚VTe2ではX線自由電子レーザーを用いた時間分解X線回折によって光誘起構造相転移に伴う電荷密度波の超高速融解現象を観測することに成功した。このようにファンデルワールス積層体の電子構造と結晶構造を多角的に測定・評価するという研究展開が成された。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Signature of topological band crossing in ferromagnetic Cr1/3NbSe2 epitaxial thin film (2022)
  • 著者名/発表者名: Bruno Kenichi Saika, Satoshi Hamao, Yuki Majima, Xiang Huang, Hideki Matsuoka, Satoshi Yoshida, Miho Kitamura, Masato Sakano, Tatsuto Hatanaka, Takuya Nomoto, Motoaki Hirayama, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Ryotaro Arita, Yoshihiro Iwasa, Masaki Nakano, and Kyoko Ishizaka
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: L042021
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.L042021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dry pick-and-flip assembly of van der Waals heterostructures for microfocus angle-resolved photoemission spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoru Masubuchi*, Masato Sakano*, Yuma. Tanaka*, Yusai Wakafuji, Takato Yamamoto Shota. Okazaki, Kenji Watanabe, Tkashi Taniguchi, Jincai Li, Hirotaka Ejima, Takao Sasagawa, Tomoki Machida, Kyoko Ishizaka (* equally contributed)
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 10936
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14845-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Odd-even layer-number effect of valence-band spin splitting in WTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Masato Sakano*, Yuma Tanaka*, Satoru Masubuchi*, Shota Okazaki, Takuya Nomoto, Atsushi Oshima, Kenji Watanabe, Tkashi Taniguchi, Ryotaro Arita, Takao Sasagawa, Tomoki Machida, Kyoko Ishizaka (* equally contributed)
  • 雑誌名: 10.1103/PhysRevResearch.4.023247 巻: 4 ページ: 023247
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.023247
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Breaking of spatial inversion symmetry in anti-parallel-stacked ReSe2 (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Akatsuka, M. Sakano, T. Yamamoto, T. Nomoto, R. Arita, R. Murata, T. Sasagawa, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kitamura, K. Horiba, K. Sugawara, S. Souma, T. Sato, H. Kumigashira, K. Shinokita, H. Wang, K. Matsuda, S. Masubuchi, T. Machida, K. Ishizaka
  • 学会等名: APS March Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Observation on the odd-even layer-number effect in WTe2 with laser-based micro-ARPES (2023)
  • 著者名/発表者名: M.Sakano, Y. Tanaka, S. Masubuchi, S. Okazaki, T. Nomoto, A. Oshima, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Arita, T. Sasagawa, T. Machida, K. Ishizaka
  • 学会等名: APS March Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature dependent electronic structure of Cr1/4NbSe2 thin films revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Hamao, B. K. Bruno, X. Huang, Y. Majima,H. Matsuoka, M. Kitamura, M. Sakano, T. Nomoto, M. Hirayama, K. Horiba, H. Kumigashira, R. Arita, Y. Iwasa, M. Nakano and K. Ishizaka
  • 学会等名: APS March Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] ツイスト2層WSe2におけるバンド構造のツイスト角依存性の直接観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本崇人, 坂野昌人, 赤塚俊輔, 岡崎尚太, 笹川崇男, 渡邊賢司, 谷口尚, 三石夏樹, 北村未歩, 堀場弘司, 菅原克明, 相馬清吾, 佐藤宇史, 組頭広志, 篠北啓介, 松田一成, 増渕覚, 町田友樹, 石坂香子
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] 時間分解X線回折測定によるVTe2における超高速格子変調ダイナミクスの観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛, 久保田雄也, 三石夏樹, 赤塚俊輔, 古賀淳平, 坂野昌人, 増渕覚, 田中良和, 大隅寛幸, 玉作賢治, 矢橋牧名, 高橋英史, 石渡晋太郎, 町田友樹, 松田巌, 石坂香子, 岡﨑浩三
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] 希土類金属間化合物TbTXの量子振動におけるリフシッツ-コセヴィッチの式の破れ (2023)
  • 著者名/発表者名: 車地崇, 木俣基, 今城周作, 三石夏樹, 坂野昌人, 厳正輝, 鬼頭俊介, 池内和彦, 中村充孝, Jorge. I. Facio, 佐賀山基, 石坂香子, 金道浩一, 有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] 時間分解X線回折測定によるVTe2における超高速格子変調ダイナミクスの研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛, 久保田雄也, 三石夏樹, 赤塚俊輔, 古賀淳平, 坂野昌人, 増渕覚, 田中良和, 大隅寛幸, 玉作賢治, 矢橋牧名, 高橋英史, 石渡晋太郎, 町田友樹, 松田巌, 石坂香子, 岡﨑浩三
  • 学会等名: 第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Micro-focused ARPES study on atomically thin WTe2 flakes (2022)
  • 著者名/発表者名: Masato Sakano
  • 学会等名: Superstripes 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カイラル半導体テルル単体におけるスピン構造の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 坂野昌人
  • 学会等名: カイラル物質科学の新展開
  • 招待講演
• [学会発表] V族遷移金属テルライドMTe2 (M = V, Nb, Ta)の電子構造と一次元鎖構造不安定性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三石夏樹, 杉田悠介, 上谷学, 秋葉智起, 坂野昌人, 堀場弘司, 組頭広志, 酒井英明, 高橋英史, 石渡晋太郎, 求幸年, 石坂香子
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 超高速時間分解電子顕微鏡によるツイスト2層WSe2の超高速格子ダイナミクスの研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村飛鳥, 千足勇介, 下志万貴博, 田中佑磨, 坂野昌人, 増渕覚, 町田友樹, 渡邊賢司, 谷口尚, 石坂香子
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 180度ツイスト2層ReSe2における空間反転対称性の破れと電子状態 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤塚俊輔, 坂野昌人, 山本崇人, 野本拓也, 有田亮太郎, 村田陵河, 笹川崇男, 渡邊賢司, 谷口尚, 北村未歩, 堀場弘司, 菅原克明, 相馬清吾, 佐藤宇史, 組頭広志, 篠北啓介, 松田一成, 増渕覚, 町田友樹, 石坂香子
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 角度分解光電子分光によるCr1/4NbSe2薄膜におけるバンド構造の温度変化の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 濱尾智, Bruno Kenichi Saika, 黄驤, 真島裕貴, 松岡秀樹, 北村未歩, 坂野昌人, 野本拓也, 平山元昭, 堀場弘司, 組頭広志, 有田亮太郎, 岩佐義宏, 中野匡規, 石坂香子
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 極低温高分解能レーザーARPESによるトポロジカル超伝導体PdBi2における超伝導ギャップの直接観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 峯明史, Yigui Zhong, Sahand Najafzadeh, 大川顕次郎, 坂野昌人, 石坂香子, 辛埴, 笹川崇男, 岡﨑浩三
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [備考] 2次元物質の電子構造の直接観測 ―原子層の数の偶奇で大きく変わる性質を発見―
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2022-06-29-002