ナノスケール伝導用スピンプローブの開発とそれによる表面ラシュバ系のスピン流の研究

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22656011
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平原 徹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教 (30451818)
• 連携研究者: 長谷川 修司 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00228446)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 表面

研究概要

本研究ではこれまで研究代表者の所属するグループが培ってきた微小領域電気伝導測定技術をスピン伝導へと発展させるための研究を行った。まず、スピンプローブとして磁性体被覆カーボンナノチューブ(CNT)探針を作成する技術開発を行った。そして作成したCoFe被覆CNT探針を4探針走査トンネル顕微鏡(STM)に組み込んで、ビスマス超薄膜の表面状態の電流誘起スピン偏極と思われるシグナルを世界で初めて測定した。

研究成果

• [雑誌論文] Atomic and Electronic Structure of Ultrathin Bi(111) Films Grown on Bi2Te3(111) Substrates: Evidence for a Strain-Induced Topological Phase Transition (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, N. Fukui, T. Shirasawa, M. Yamada, M. Aitani, H. Miyazaki, M. Matsunami, S. Kimura, T. Takahashi, S. Hasegawa, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 227401
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.109.227401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Relaxation of Topological Insulators: Influence on the Electronic Structure (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, T. Hirahara, T. Shirasawa, T. Takahashi, K. Kobayashi, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 115426
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.85.115426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic conductivity of the Si(111)4×1-In surface: Transport mechanism determined by the temperature dependence (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uetake, T. Hirahara, Y. Ueda, N. Nagamura, R. Hobara, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 035325
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.86.035325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacing 2D and 3D topological insulators: Bi(111) bilayer on Bi2Te3 (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, G. Bihlmayer, Y. Sakamoto, M. Yamada, H. Miyazaki, S. Kimura, S. Bl¨ugel, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 107 ページ: 166801
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.107.166801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic anisotropy of Co ultrathin films (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Saisyu, T. Hirahara, R. Hobara, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 110 ページ: 053902
  • DOI: DOI:10.1063/1.3624662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic evidence of a topological quantum phase transition in ultrathin Bi2Se3 films (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakamoto, T. Hirahara, H. Miyazaki, S. Kimura, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 165432
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.81.165432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous transport in an n-type topological insulator ultrathin Bi2Se3 film (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, Y. Sakamoto, Y. Takeichi, H. Miyazaki, S. Kimura, I. Matsuda, A. Kakizaki, S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 82 ページ: 155309
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.82.155309
  • 査読あり
• [雑誌論文] A topological metal at the surface of an ultrathin Bi1-xSbx alloy film (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Uetake, T. Hirahara, Y. Ueda, N.Nagamura, 6. T .Hirahara, Y. Sakamoto, Y. Saisyu, H. Miyazaki, S. Kimura, T. Okuda, I. Matsuda, S. Murakami, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 165422
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.81.165422
  • 査読あり
• [学会発表] ビスマス超薄膜の超高真空・低温・強磁場中における電気伝導測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 相谷昌紀, 平原徹,長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学, 東広島
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] 放射光で拓く表面物質科学の新展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平 原徹
  • 学会等名: 所長招聘研究会「2020年の光分子科学を語る」
  • 発表場所: 分子科学研究所招待講演.
  • 年月日: 2013-01-23
• [学会発表] Comprehensive study oftopological phase transitions using ultrathin films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN) West Meeting
  • 発表場所: Houston, USA招待講演.
  • 年月日: 2013-01-07
• [学会発表] Bi2Te3上のBi超薄膜の電子状態と表面構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平原徹、福居直哉、白澤徹郎、山田学、相谷昌紀、宮崎秀俊、松波雅治、木村真一、高橋敏男、小林功佳、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-0327
• [学会発表] Pbドープによるトポロジカル絶縁体Bi2Te3超薄膜の電子状態制御と電気伝導度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 相谷昌紀, 平原徹, 坂本裕介, 山田学, 宮崎秀俊, 松波雅治, 木村真一, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-0327
• [学会発表] Bi2Te3超薄膜および1BLBiのLEED-IV構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉, 平原徹, 白澤徹郎, 高橋敏男, 小林功佳, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-0327
• [学会発表] Bi超薄膜の低温・磁場中での表面電気伝導測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 相谷昌紀、 平 原 徹、長 谷 川 修 司
  • 学会等名: 第32回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] 集束イオンビームによるその場表面微細加工と電気伝導測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉、平原徹、長谷川修司
  • 学会等名: 第32回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2012-11-20
• [学会発表] 集束イオンビームによる in situ 微細加工を 施した表面の電位伝導特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉、平原徹、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2012 年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] ビスマスおよびビスマス系化合物超薄膜の実験的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 科研費基盤研究A「固体中のディラック電子」第1回研究会
  • 発表場所: 東京大本郷招待講演.
  • 年月日: 2012-07-25
• [学会発表] Charge and Spin Transport at Nonmagnetic Surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: International Conference of Young Researchers on Advanced Materials (ICYRAM)
  • 発表場所: Singapore, Singapore招待講演
  • 年月日: 2012-07-03
• [学会発表] 非磁性体超薄膜のスピン偏極表面電子状態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平 原徹
  • 学会等名: UVSORIIIにおける低エネルギー光電子分光の新展開
  • 発表場所: 分子科学研究所招待講演
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] Interfacing 2D and 3D topological insulatorsBi(111) bilayer on Bi2Te3 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, G. Bihlmayer, Y. Sakamoto, M. Yamada, H. Miyazaki, S. Kimura, S. Bluegel, and S. Hasegawa
  • 学会等名: APS March meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2012-02-28
• [学会発表] トポロジカル絶縁体超薄膜の電 子状態と輸送特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平 原徹
  • 学会等名: 東京大学物性研究 所短期研究会「トポロジカル絶縁体の表 面電子状態」
  • 発表場所: 東大物性研
  • 年月日: 2012-02-24
• [学会発表] Ultrathin films of topological insulators (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: The first SRC Winter Workshop on TopologicalMatter
  • 発表場所: PhoenixPark, Korea招待講演.
  • 年月日: 2012-01-30
• [学会発表] Ultrathin films of topological insulators, Symposium on Surface and Nano Science (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: (SSNS) 2012
  • 発表場所: Shizukuishi, Japan
  • 年月日: 2012-01-11
• [学会発表] In situ measurements of current induced spin polarization in ultrathin bismuth films (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Tono, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Funaobori, Tokyo
  • 年月日: 20111211-1215
• [学会発表] 「ビスマス超薄膜の表面状態における電流誘起スピン偏極の測定」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 東野剛之, 平原徹, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110923-0926
• [学会発表] 三次元トポロジカル絶縁体上への二次元量子スピンホール相単一Biバイレイヤーの成長 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, G. Bihlamayer, 坂本裕介, 山田学, 宮崎秀俊, 木村真一, S. Bluegel, 長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110923-0926
• [学会発表] トポロジカル絶縁体超薄膜の電子状態と輸送特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第31回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 船堀東京招待講演.
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] トポロジカル絶縁体超薄膜の電子状態と輸送特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: UVSORユーザーミーティング
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター招待講演.
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] Ultrathin films of topological insulators (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: The 15th International Conference on Thin Films
  • 発表場所: Kyoto, Japan招待講演.
  • 年月日: 2011-10-08
• [学会発表] ラシュバ・トポロジカル表面系の輸送特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会シンポジウム「多彩な表面系における電子輸送現象」
  • 発表場所: 富山大学招待講演
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] 非磁性体表面の磁性現象 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 物性若手夏の学校分科会
  • 発表場所: ホテルエバー富士招待講演.
  • 年月日: 2011-08-03
• [学会発表] In situ measurements of current induced spin polarization in ultrathin bismuth films (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Tono, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 13th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces(ICFSI-13)
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2011-07-04
• [学会発表] Ultrathin Films of Topological Insulators (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, Y. Sakamoto, M. Yamada, H. Miyazaki, Y. Takeichi, S. Kimura, I. Matsuda, A. Kakaizaki, S. Hasegawa
  • 学会等名: The 13th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI13)
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2011-07-04
• [学会発表] ビスマス超薄膜におけるスピンホール効果のin situ測定. (2010)
  • 著者名/発表者名: 東野剛之,平原徹,長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会2010秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大
  • 年月日: 20100923-0926
• [学会発表] In situ detection of the spin Hall effect in ultrathin bismuth films (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tono, T. Hirahara, S. Hasegawa
  • 学会等名: International vacuum congress (IVC-18)
  • 発表場所: 北京
  • 年月日: 20100723-0727
• [学会発表] In situ detection of the spin Hall effect in ultrathin bismuth films (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tono, T. Hirahara, S. Hasegawa
  • 学会等名: SSSJ-A3 Foresight Joint Symposium on Nanomaterials and Nanostructures
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 20100705-0707
• [学会発表] ビスマス超薄膜の表面状態における電流誘起スピン偏極の測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 東野剛之, 平原徹, 長谷川修司
  • 学会等名: 表面科学学術講演会
  • 発表場所: 船堀,東京
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] Bi 表面上でのスピン偏極電流の検出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 東野剛之,坂本裕介, 平原徹,長谷川修司
  • 学会等名: 平成22年度東北大学電気通信研究所プロジェクト研究会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-11-17
• [学会発表] ビスマス超薄膜におけるスピンホール効果の測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 東野剛之, 平原徹, 長谷川修司
  • 学会等名: 物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-11-13
• [学会発表] ビスマス量子薄膜における表面状態による電気伝導 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会奨励賞受賞記念講演
  • 発表場所: 大阪大学招待講演.
  • 年月日: 2010-11-05