高感度な表面磁気光学カー効果測定装置の開発と表面ラシュバ系のスピン伝導の研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25600093
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平原 徹 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (30451818)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 物性実験 / 表面・界面物性 / スピン分裂

研究実績の概要

研究最終年度の平成27年度は前年度に引き続き、超高真空下でラシュバ分裂したバンド構造を示す表面超構造に円偏光したレーザー光を照射し、左右円偏光の違いで試料の両端に生じる起電力が変化するかを系統的に調べた。使用した試料はシリコン基板上に作成したビスマス(Bi)薄膜とシリコン基板上の銀(Ag)薄膜上にBi原子を1/3原子層吸着した系(Bi/Ag薄膜)である。前年度から問題点はラシュバ効果によってスピン分裂していないバンド構造を持つ試料(例えばSi(111)-7x7)でも起電力に左右円偏光で違いが出ることであったが、この問題はレーザーの波長や入射角度依存性などを詳細に調べることで本来見たいシグナルとは別の起源で発生していることが明らかになった。Bi薄膜およびBi/Ag薄膜では色々な条件での測定の結果、ラシュバ効果由来のシグナルと考えても矛盾しないデータが得られていたが、他の起源である可能性を完全に排除することができなかった。確信を持ってスピン分裂したバンド構造由来の円二色性を観測したと言うには光学励起が起きている非占有状態の情報が必要であり、現在実験では明らかにされていないため第一原理計算に頼る必要があるが、本年度中にそこまでは至らなかった。今後理論家と協力しバンド構造および光学遷移課程を選択則を考えて計算することで本研究で目指した磁気二色性のシグナルが確かに検出できたか検証する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Role of Quantum and Surface-State Effects in the Bulk Fermi-Level Position of Ultrathin Bi Films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, T. Shirai, T. Hajiri, M. Matsunami, K. Tanaka, S. Kimura, S. Hasegawa, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 ページ: 106803-1~5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.106803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of a gap opening in topological interface states of MnSe/Bi2Se3 heterostructure (2015)
  • 著者名/発表者名: A. V. Matetskiy, I. A.Kibirev, T. Hirahara, S. Hasegawa, A. V. Zotov, and A. A. Saranin
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 ページ: 091604-1~4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4930151
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Target element dependent spin-orbit coupling in polarized 4He+ ion scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: T. T. Suzuki, O. Sakai, S. Ichinokura, T. Hirahara, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Nuc. Inst. Meth. B 巻: 354 ページ: 163~166
  • DOI: doi:10.1016/j.nimb.2014.11.055
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Rashba and quantum size effects in ultrathin Bi films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 201 ページ: 98~104
  • DOI: doi:10.1016/j.elspec.2014.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] ビスマス表面におけるスピン依存イオン散乱 (2015)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉聖、平原徹、酒井治、長谷川修司、鈴木拓
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 36 ページ: 408~411
  • DOI: http://doi.org/10.1380/jsssj.36.408
  • 査読あり
• [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II (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, 白井皓寅, 羽尻哲也, 松波雅治, 田中清尚, 木村真一, 長谷川修司, 小林功佳
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Growth and Electronic Structure of a Tellurium Thin Film on Bi2Te3 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuma Okuyama, Yuya Sugiyama, and Toru Hirahara
  • 学会等名: The 20th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 発表場所: Hiroshima University
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-10
  • 国際学会
• [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 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第一回 ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-01-28 – 2016-01-29
• [学会発表] Surface and Bulk States of Ultrathin Bi films: Electronic Structure and Transport Properties (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Ichinokura, M. Hanaduka, D. Y. Shin, T. Hajiri, M. Matsunami, K. Tanaka, S. Kimura, K. Kobayashi, and S. Hasegawa
  • 学会等名: 15th International Conference on the Formation of Semiconductor interfaces
  • 発表場所: International Conference Center Hiroshima
  • 年月日: 2015-11-15 – 2015-11-20
  • 国際学会
• [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 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹, 白井皓寅, 羽尻哲也, 松波雅治, 田中清尚, 木村真一, 長谷川修司, 小林功佳
  • 学会等名: UVSORシンポジウム
  • 発表場所: 分子科学研究所
  • 年月日: 2015-11-06 – 2015-11-07
• [学会発表] 表面・界面でのスピン軌道相互作用：ビスマス系化合物を中心に (2015)
  • 著者名/発表者名: 平原徹
  • 学会等名: 第七回 神楽坂 凝縮系理論勉強会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2015-08-08 – 2015-08-08
  • 招待講演