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 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23686007
• 研究種目: 若手研究(A)
• 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, 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: 表面 / スピントロニクス

研究概要

本研究の目的は微小領域の電位分布測定が可能な走査トンネルポテンショメトリ(STP)測定を行い、表面ラシュバ系の電荷・スピン伝導を検出することであった。そのために超高真空、低温、強磁場下で動作する走査トンネル顕微鏡(STM)を建設した。そしてSTP測定用の回路をこのSTM装置に組み込み、電流印加時の表面形状測定と局所電位測定が同時に行えることを実証した。具体的には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、電位勾配をきちんと測定できた。また表面を微細加工して非局所伝導を測定することでBi2e3薄膜のスピンホール効果を測定することができた。

研究成果

• [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
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/10/105018
  • 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] Structure of Bi/Bi_2Te_3 heteroepitaxial film studied by x-ray crystal truncation rod scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shirasawa, J. Tsunoda, T. Hirahara, and T. Takahashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 075449
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.075449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic and Electronic Structure of Ultrathin Bi(111) Films Grown on Bi_2Te_3(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: 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: 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: 10.1103/PhysRevB.86.035325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacing 2D and 3D topological insulators : Bi(111) bilayer on Bi_2Te_3 (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: 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
  • 査読あり
• [学会発表] in situ FIB加工微細構造を用いたBi_2Se_3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2013年秋季大会、日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-30
• [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2013年秋季大会、日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
• [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2013年秋季大会、日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
• [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2013年秋季大会、日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
• [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
  • 年月日: 2014-02-24
• [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 (JFFoS)
  • 発表場所: Metz, France
  • 年月日: 2014-01-25
• [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
  • 年月日: 2013-12-27
  • 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
  • 年月日: 2013-09-27
  • 招待講演
• [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、日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Bi_2Se_3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
  • 年月日: 2013-09-26
• [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
  • 年月日: 2013-09-25
• [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
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2013-09-13
• [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: 2013-08-02
  • 招待講演
• [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: 2013-07-05
• [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: 2013-07-04
  • 招待講演
• [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: 2013-07-04
• [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: 2013-07-02
• [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
  • 年月日: 2013-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] Comprehensive study of topological 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
  • 年月日: 2013-01-07
  • 招待講演
• [学会発表] Bi_2Te_3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: 20120324-27
• [学会発表] Pbドープによるトポロジカル絶縁体Bi_2Te_3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: 20120324-27
• [学会発表] Bi_2Te_3超薄膜および1BL Bi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: 20120324-27
• [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
  • 年月日: 2012-07-25
  • 招待講演
• [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
  • 年月日: 2012-07-03
  • 招待講演
• [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
  • 年月日: 2012-06-21
  • 招待講演
• [学会発表] Interfacing 2D and 3D topological insulators : Bi(111) bilayer on Bi_2Te_3 (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 Topological Matter
  • 発表場所: Phoenix Park, Korea
  • 年月日: 2012-01-30
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrathin films of topological insulators (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Science (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: 20111211-15
• [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: 20110923-26
• [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: 20110923-26
• [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
  • 年月日: 2011-12-16
  • 招待講演
• [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
  • 年月日: 2011-11-18
  • 招待講演
• [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
  • 年月日: 2011-10-08
  • 招待講演
• [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
  • 年月日: 2011-09-24
  • 招待講演
• [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
  • 年月日: 2011-08-03
  • 招待講演
• [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, Miyazaki, Y. Takeichi, S. Kimura, 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
• [備考]
  • URL: http://www.geocities.jp/thirathara/index.html