時間分解光電子分光法による光励起非平衡状態の研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800165
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石田 行章 東京大学, 物性研究所, 助教 (30442924)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 超高速現象 / トポロジカル系物質 / スピントロニクス / 光電子分光

研究実績の概要

平成28年度は、以下の4項目について研究を進めた。
１：非占有側バンド分散の直接観測：TARPESを用いることで、通常のARPESでは見ることができない非占有側のバンド分散を観測できる。本年度は半金属Asにトポロジカルに非自明な表面状態が発現すること（PRL2017）、(Mo,W)Te2（PRB2016; Nat.Com.2016;査読中）とTaIrTe4（査読中）がII型ワイル半金属になることを、非占有側の直接観測を通じて報告した。
２：トポロジカル絶縁体（TI）の光機能化：絶縁性のよいTIに光を照射すると表面光起電力が生じることを期間中に見出し、この現象を利用してTI表面にスピン偏極電流を光で誘起するデバイス原理を提案してきた（Sci.Rep. 2015；PRL2015）。表面電流の向きまで制御するためには、両極性の表面光起電力を誘起する必要がある。これを両極性Bi2Te3において実証した（査読中）。
３．ディラック電子系のキャリアダイナミクス：ディラック系物質はあらゆる色の光を吸収でき、光学材料としても注目されている。前年度までにディラック系のダイナミクスが2温度モデル（TTM）の体系で記述できる場合と（SrMnBi2: PRB2016）そうでない場合（Graphite:Sci.Rep.2011; Sb2Te3:Sci.Rep.2015）に分類できることがわかった。本年度はディラック系物質であるカーボンナノチューブとEuP3のダイナミクスがTTMから逸脱することを見出した。エキシトン形成が逸脱の原因になることが示唆された。
４．世界最高繰返しTARPESの開発：弱励起の非平衡状態を精度よく観測するためには、高繰返し化が必須である。ファイバーレーザーを用いた世界最高95 MHzのTARPES装置が完成し、これをRSI2016に報告した。

研究成果

• [国際共同研究] Chinese achademy of Sciences(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Chinese achademy of Sciences
• [国際共同研究] Princeton University/Rice University/LANL(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Princeton University/Rice University/LANL
• [雑誌論文] Topologically Entangled Rashba-Split Shockley States on the Surface of Grey Arsenic (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Zhang,* J.-Z. Ma,* Y. Ishida,* L.-X. Zhao,* Q.-N. Xu, B.-Q. Lv, K. Yaji, G.-F. Chen, H.-M. Weng, X. Dai, Z. Fang, X.-Q. Chen, L. Fu, T. Qian, H. Ding, S. Shin
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 ページ: 046802
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.046802
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fermi arc electronic structure and Chern numbers in the type-II (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Belopolski,* S. Xu,* Y. Ishida,* X. Pan,* P. Yu,* D. Sanchez, H. Zheng, M. Neupane, N. Alidoust, G. Chang, T. Chang, Y. Wu, G. Bian, S. Huang, C. Lee, D. Mou, L. Huang, Y. Song, B. Wang, G. Wang, Y. Yeh, N. Yan, J. Raul, P. Fevre, F. Bertran, H. Jeng, T. Kondo, A. Kaminski, H. Lin, Z. Liu, F. Song, S. Shin, M. Hasan
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 085127
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.085127
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High repetition pump-and-probe photoemission spectroscopy based on a compact fiber laser system (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishida, T. Otsu, A. Ozawa, K. Yaji, S. Tani, S. Shin, Y. Kobayashi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instrumnets 巻: 87 ページ: 123902
  • DOI: 10.1063/1.4969053
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 超高速時間分解光電子分光法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田行章
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 37 ページ: 31-36
  • DOI: 10.1380/jsssj.37.31
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of a new type of topological Weyl fermion semimetal state in MoxW1xTe2 (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Belopolski,* D. S. Sanchez,* Y. Ishida,* X. Pan,* P. Yu,* S.-Y. Xu, G. Chang, T.-R. Chang, H. Zheng, N. Alidoust, G. Bian, M. Neupane, S.-M. Huang, C.-C. Lee, Y. Song, H. Bu, G. Wang, S. Li, G. Eda, H.-T. Jeng, T. Kondo, H. Lin, Z. Liu, F. Song, S. Shin, M. Z. Hasan
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 13643
  • DOI: 10.1038/ncomms13643
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Non-equilibrated electronic structures and dynamics of Dirac and topological materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishida
  • 学会等名: Nanoscale Spectroscopy and Nanotechnology 9
  • 発表場所: Gyeongju, South Korea
  • 年月日: 2017-09-25 – 2017-09-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revealing the ultrafast light-to-matter energy conversion before heat diffusion in a layered Dirac semimetal (2017)
  • 著者名/発表者名: Yukiaki Ishida, Hidetoshi Masuda, Hideaki Sakai, Shintaro Ishiwata, Shik Shin
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 発表場所: 米国、ニューオリンズ
  • 年月日: 2017-03-13 – 2017-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Time-resolved photoemission spectroscopy implemented by femtosecond lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishida
  • 学会等名: EMN Meeting on Ultrafast
  • 発表場所: オーストラリア、メルボルン
  • 年月日: 2016-10-10 – 2016-10-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブの時間分解光電子分光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田行章、Gao Weilu、矢治光一郎、原沢あゆみ、河野淳一郎、辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16