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2014 年度 実績報告書

超高分解能3次元スピン分解光電子分光による新機能物質の基盤電子状態解析

研究課題

研究課題/領域番号 23224010
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 隆  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (00142919)

研究分担者 佐藤 宇史  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10361065)
相馬 清吾  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (20431489)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワードスピン分解光電子分光 / トポロジカル絶縁体 / 高温超伝導体 / スピントロニクス
研究実績の概要

最終年度である本年度は、新機能物質の基盤電子状態を決定するために、低速電子線回折スピン分解システム、アナライザー、分光系、測定試料系のマッチング調整を行い、Fe磁性薄膜から高い反射強度の実現と超高エネルギー分解能5 meVを達成する事に成功した。この装置や高輝度放射光施設を用いることで、新機能物質、とりわけ、鉄系超伝導体、ラシュバ金属、トポロジカル絶縁体において、フェルミ準位近傍の電子状態を高精度で決定した。FeSe超伝導体では、低温秩序相において明確なバンド分裂を観測し、電子ネマティック転移が起こっていると結論した。また、ラシュバ金属であるビスマスにおいて、世界に先駆けて1次元エッジ状態に起因したエネルギーバンドを観測することに成功した。さらに、このバンドは巨大なラシュバ分裂とスピンの面直成分を示すことから、エッジにおける強い空間反対称性の破れが電子状態に支配的に影響していると結論した。また、シリセンの層間にCaを挿入したシリセン層間化合物CaSi2の電子状態をARPESによって決定し、ブリルアンゾーンのK点近傍においてパイ電子がディラックコーンを形成することを明らかにした。この事から、グラフェンとは異なりバックリング構造をもつシリセンでも、ほぼ質量ゼロのディラック電子が安定して存在できると結論した。また、タリウム系トポロジカル絶縁体の上に2原子層ビスマスを成長し、その電子状態を調べた結果、トポロジカル表面状態が接合によって大きな変調を受け、本来トポロジカルな性質を持たないビスマスの電子状態にトポロジカルな性質を移動させる事に成功した。「トポロジカル近接効果」とも呼べるこの特殊な物理現象は、ありふれた金属にトポロジカルな性質を付与するなど、スピントロニクス分野への応用の可能性を拓くものである。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 謝辞記載あり 9件) 学会発表 (21件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Direct observation of Dirac cone in multilayer silicene intercalation compound CaSi22015

    • 著者名/発表者名
      E. Noguchi, K. Sugawara, R. Yaokawa, T. Hitosugi, H. Nakano, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Advanced materials

      巻: 27 ページ: 856-860

    • DOI

      10.1002/adma.201403077

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] One-dimensional edge states with giant spin splitting in Bismuth thin film2015

    • 著者名/発表者名
      A. Takayama, T. Sato, S. Souma, T. Oguchi, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 114 ページ: 066402(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.114.066402

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Topological proximity effect in a topological insulator hybrid2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shoman, A. Takayama, T. Sato, S. Souma, T. Takahashi, T. Oguchi, K. Segawa, and Y. Ando
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 6 ページ: 6547(1-6)

    • DOI

      10.1038/ncomms7547

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Band-gap tuning of monolayer graphene by oxygen adsorption2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takahashi, K. Sugawara, E. Noguchi, T. Sato, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 73 ページ: 141-145

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2014.02.049

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Evolution from incoherent to coherent electronic states and its implications to superconductivity in FeTe1-xSex2014

    • 著者名/発表者名
      E. Ieki, K. Nakayama, Y. Miyata, T. Sato, H. Miao, N. Xu, X.-P. Wang, P. Zhang, T. Qian, P. Richard, Z.-J. Xu, J. S. Wen, G. D. Gu, H. Q. Luo, H.-H. Wen, H. Ding, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 89 ページ: 140506(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.140506

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anisotropic electron-phonon coupling in Rb-intercalated bilayer graphene2014

    • 著者名/発表者名
      J. Kleeman, K. Sugawara, T. Sato, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 ページ: 124715(1-5)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.124715

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reconstruction of band structure induced by electronic nematisity in FeSe superconductor2014

    • 著者名/発表者名
      K. Nakayama, Y. Miyata, G. N. Phan, T. Sato, Y.Tanabe, T. Urata, K. Tanigaki, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 113 ページ: 237001(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.113.237001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rashba effect in antimony and bismuth studied by spin-resolved ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      A. Takayama, T. Sato, S. Souma, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 16 ページ: 055004(1-6)

    • DOI

      10.1088/1367-2630/16/5/055004

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High quality three dimensional nanoporous graphene2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Ito, Y. Tanabe, H-J. Qiu, K. Sugawara, S. Heguri, N. H. Tu, K. Kim Huynh, T. Fujita, T. Takahashi, K. Tanigaki, M. W. Chen
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 126 ページ: 4922-4926

    • DOI

      10.1002/ange.201402662

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 単層グラフェンの電子状態の水素吸着量依存性2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木克郷
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-24
  • [学会発表] スピン分解光電子分光装置の開発とトポロジカル絶縁体薄膜の電子状態2015

    • 著者名/発表者名
      相馬清吾
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-23
  • [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイド薄膜の高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      菅原克明
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-23
  • [学会発表] Electron-phonon coupling of Cs-intercalated bilayer graphene2015

    • 著者名/発表者名
      James Kleeman
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-22
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体Bi2Se3超薄膜の作成と高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      君塚平太
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] ラシュバ金属とトポロジカル絶縁体界面における近接効果:高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] Fe/W(110)界面におけるディラック錐への強磁性体近接効果:高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      本間康平
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] FeSe超薄膜の高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      中山耕輔
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] 高分解能ARPESによる新機能物質の開拓2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      第3回物構研サイエンスフェスタ
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2015-03-17
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分解能光電子分光による新機能物質の探索2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      日本真空学会2014年12月研究例会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-12-03
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素吸着グラフェンの高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木克郷
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] Bi/TlBiSe2におけるトポロジカル近接効果:高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      正満拓也
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] FeSe単結晶の高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      中山耕輔
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-09
  • [学会発表] トポロジカル超伝導体候補物質Cux(PbSe)5(Bi2Se3)3mの高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      君塚平太
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-09
  • [学会発表] Fe超薄膜の高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      本間康平
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] Electronic Structure of Ultra-thin Intercalation Compound C8Cs2014

    • 著者名/発表者名
      James Kleeman
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] 超伝導体Tl5Te3の電子構造:高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      田中祐輔
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      春日井
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] 高分解能ARPESで探るトポロジカル絶縁体の表面ディラック電子状態2014

    • 著者名/発表者名
      相馬清吾
    • 学会等名
      第33回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      修善寺
    • 年月日
      2014-07-09 – 2014-07-11
    • 招待講演
  • [学会発表] 光電子分光で探る新奇量子物質の電子構造2014

    • 著者名/発表者名
      高橋 隆
    • 学会等名
      平成26年度本多記念会講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-05-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 放射光ナノビームを利用した新機能物質の開拓2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      東北放射光青葉山シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-05-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Topological Insulators Studied by Spin-Resolved ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      Takashi Takahashi
    • 学会等名
      Topology in the New Frontiers of Materials Science
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2014-04-01 – 2014-04-02
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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