強相関トポロジカル物質の表面三角格子におけるバレー偏極が誘起する新奇電子構造

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K03859
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 大坪 嘉之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, 主任研究員 (70735589)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: トポロジカル近藤絶縁体

研究実績の概要

低温で電子相関（近藤効果）の影響により金属絶縁体転移を示す近藤絶縁体の中でも、その絶縁体相の３次元電子状態の対称性として非自明な値を持ち、近藤ギャップ中を連続的に横切る金属的な表面電子状態を持つトポロジカル近藤絶縁体(TKI)は電子相関とトポロジーの協奏効果による新奇低次元電子状態発現が期待されて多くの注目を集めている。
このようなトポロジカル電子系に対して、グラフェン等の３回回転対称のみを持ち２回回転の対称性を持たない２次元系で現れるバレー偏極構造を導入し、そこに現れると期待される特異な電子構造を明らかにすることを目的として研究を行っている。
本年度はTKIであるSmB6単結晶の表面清浄化手法の改良を目指し、超高真空中での低脱ガス・高温保持が可能な試料ホルダー兼加熱装置の製作を行った。試料の加熱と同時に発光情報を取得できる複数スロットを持つ試料ステージを製作し、今後実際に清浄化操作に用いていく。
並行して行った研究として、これまで研究・開発を進めてきたSmB6単結晶表面の清浄化手法を既存の低指数平坦面ではなく微傾斜表面に適用した事例を発表した。この試料では、結晶内部で保たれていた回転対称操作が失われた新たな原子構造と、それに伴い現れた表面電子状態を発見した。トポロジカル絶縁体一般に関して、このようにバルクと表面で大きく異なる対称性を持つ事例の報告は極めて少なく、大きな注目を集めると期待できる。
このような特異な表面電子状態の変化の中には本課題の最終目標である複素エネルギー固有値の出現などの新奇電子物性が隠れている可能性があり、観測データのさらなる解析を進めている。

備考

発表論文３に関するプレスリリース

研究成果

• [雑誌論文] Surface valence transition in SmS by alkali metal adsorption (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Takuto、Nakaya Toru、Ohtsubo Yoshiyuki、Sugihara Hiroki、Tanaka Kiyohisa、Yukawa Ryu、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Imura Keiichiro、Suzuki Hiroyuki S.、Sato Noriaki K.、Kimura Shin-ichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: －
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L041102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of nano-spintronics beamline at 3-GeV next-generation synchrotron radiation facility, NanoTerasu (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Yoshiyuki、Ueno Tetsuro、Iwasawa Hideaki、Miyawaki Jun、Horiba Koji、Inaba Kento、Agui Akane、Inami Nobuhito、Nakatani Takeshi、Imazono Takashi、Fujii Kentaro、Kimura Hiroaki、Takahasi Masamitu
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2380 ページ: 012037～012037
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2380/1/012037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluctuating spin-orbital texture of Rashba-split surface states in real and reciprocal space (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Takuto、Ohtsubo Yoshiyuki、Harasawa Ayumi、Yaji Koichiro、Shin Shik、Komori Fumio、Kimura Shin-ichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: －
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.235141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breakdown of bulk-projected isotropy in surface electronic states of topological Kondo insulator SmB6(001) (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Yoshiyuki、Nakaya Toru、Nakamura Takuto、Le Fevre Patrick、Bertran Francois、Iga Fumitoshi、Kimura Shin-Ichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33347-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recent progress in clean-surface formation of topological Kondo insulators and topological surface states observed there (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Yoshiyuki、Kimura Shin-ichi、Iga Fumitoshi
  • 雑誌名: Electronic Structure 巻: 4 ページ: 033003～033003
  • DOI: 10.1088/2516-1075/ac8631
  • 査読あり
• [備考] 結晶表面超構造によるトポロジカル電子の制御
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20220928_1