スピン偏極走査ポテンショメトリ装置の開発と微細加工した表面ラシュバ系のスピン伝導

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23686007
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平原 徹 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30451818)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 物性実験 / 表面・界面 / ナノスケール電気伝導測定技術

研究概要

本研究の目的は研究代表者のグループが長年培ってきたナノスケール電気伝導測定技術を拡張し、スピン偏極走査トンネル顕微鏡を新たに建設して微小領域の電位分布測定が可能なポテンショメトリ測定を行い、表面ラシュバ系の電場誘起のスピン依存伝導現象を検出することである。最終年度の平成25年度は次の２つのことを行った。
1.前年度までに作成した超高真空、低温、強磁場下で動作する走査トンネル顕微鏡(STM)を用いてAg(111)上の多層シリセンの構造観察を行った。その結果、シリセンのドメインはせいぜい100nm四方であり、広域のドメインを作るのが困難であることが分かった。さらにシリコンの蒸着量を増やすと何故か基板のAg(111)の領域も増えることが分かった。低速電子線回折を用いた構造解析により、これはシリコンの蒸着量が増えるとダイヤモンド構造が形成され、その最表面にSi(111)r3xr3-Ag構造が形成されていることが明らかになった。
2.走査トンネルポテンショメトリ(STP)測定用の回路を新たに作成し、これをSTM装置に組み込んだ。これによって電流印加時に局所電位測定ができることになり、ナノスケールにおける伝導現象を議論できるようになる。Si(111)表面上に作成できるBi(111)超薄膜に対してSTP測定を行い、回路が間違いなく動作していることを確認した。またドメイン境界ではエッジ状態に起因すると見られる異常も発見され、今後この起源に関して詳細に検討していく。
上記成果により論文を5本出版し、4件の招待講演を行った。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25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] Anisotropic Electronic Conduction in Metal Nanofilms Grown on a One-Dimensional Surface Superstructure (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Nagamura, R. Hobara, T. Uetake, T. Hirahara, M. Ogawa, T. Okuda, K. He, P. Moras, P. M. Sheverdyaeva, C. Carbone, K. Kobayashi, I. Matsuda, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 125415-1~5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.125415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi level tuning of topological insulator thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Aitani, Y. Sakamoto, T. Hirahara, M. Yamada, H. Miyazaki, M. Matsunami, S. Kimura, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Jpn. Jour. Appl. Phys 巻: 52 ページ: 110112
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.110112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoresistance measurements of a superconducting surface state of In-induced and Pb-induced structures on Si(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 110 ページ: 237001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.237001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of Dirac fermions in multilayer silicene (2013)
  • 著者名/発表者名: P. De Padova, P. Vogt, A. Resta, J. Avila, I. Razado-Colambo, C. Quaresima, C. Ottaviani, B. Olivieri, T. Bruhn, T. Hirahara, T. Shirai, S. Hasegawa, M. C. Asensio, and G. Le Lay
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 ページ: 163106
  • DOI: 10.1063/1.4802782
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ transport measurements on ultrathin Bi(111) films using a magnetic tip: Possible detection of current-induced spin polarization in the surface states (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tono, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 15 ページ: 105018-1~14
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/10/105018
  • 査読あり
• [学会発表] 多層シリセンの構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白井皓寅、白澤徹郎、平原徹、高橋敏男、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] スピン偏極イオン散乱分光法を用いたBi超薄膜における電流誘起スピン偏極の検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖，平原徹，鈴木拓，長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 低温強磁場下で動作する走査トンネルポテンショメトリ装置の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村友謙，保原麗，長谷川修司，平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] in situ FIB加工微細構造を用いたBi2Se3のスピンホール効果測定 (2014)
  • 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 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] Si結晶表面上のInおよびPbモノレイヤー超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田学，平原徹，保原麗、長谷川修司
  • 学会等名: 第５回東京大学低温センター研究交流会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 20140224-20140224
• [学会発表] Ultrathin materials (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: 8th Japanese-French Frontiers of Sciences Symposium
  • 発表場所: Metz (France)
  • 年月日: 20140123-20140128
• [学会発表] ビスマスはトポロジカル物質か？ (2013)
  • 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3回研究会
  • 発表場所: 赤穂温泉（兵庫）
  • 年月日: 20131227-20131228
  • 招待講演
• [学会発表] シリセンに関する実験の現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年度秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 年月日: 20130925-20130928
  • 招待講演
• [学会発表] ビスマス超薄膜における半金属半導体転移の検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平原徹，松波雅治，羽尻哲也，木村真一，長谷川修司，小林功佳
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Si(111)上の希薄磁性表面の電気伝導 (2013)
  • 著者名/発表者名: 申東潤、平原徹、長谷川修司
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Bi2Se3超薄膜でのスピンホール効果検出の試み (2013)
  • 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 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] The modification of ultra thin films and in situ electrical conduction measurements using a four-tip STM combined with FIB (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 19th International Vacuum Congress (IVC-19)
  • 発表場所: Paris (France)
  • 年月日: 20130909-20130913
• [学会発表] Ultrathin films of topological insulators (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: IMS workshop on Advanced Spectroscopy of Correlated Materials (ASCM 13)
  • 発表場所: Okazaki (Aichi, Japan)
  • 年月日: 20130802-20130804
  • 招待講演
• [学会発表] Topological quantum phase transitions in ultrathin films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
  • 年月日: 20130701-20130705
  • 招待講演
• [学会発表] Electrical Conductivity of a Dilute Magnetic Surface Superstructure on Si(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Y. Shin, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
  • 年月日: 20130701-20130705
• [学会発表] In situ FIB Etching and Conduction Measurement of Microstructures on a Topological Insulator Thin Film (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Fukui, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
  • 年月日: 20130701-20130705
• [学会発表] Surface-State Superconductivity (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada, T. Hirahara, R. Hobara, and S. Hasegawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-14)
  • 発表場所: Gyeongyu (Korea)
  • 年月日: 20130701-20130705