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2018 年度 実績報告書

光誘起ドーピングされたトポロジカル絶縁体のデバイス応用探索

公募研究

研究領域3D活性サイト科学
研究課題/領域番号 17H05211
研究機関大阪大学

研究代表者

坂本 一之  大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードナノ構造物理 / 光誘起ドーピング / トポロジカル絶縁体 / スピントロニクス / 表面物性
研究実績の概要

トポロジカル絶縁体の応用利用に不可欠である、ナノメートルスケールでの電荷ドーピングが簡便にできる、これまで報告のない全く新しい光誘起ドーピング方法を見出し、その機構を解明した。H2O雰囲気下において、わずかに炭素で汚染されたBi2Se3にSeの内殻準位を励起するのに十分エネルギーの高い光を照射すると試料にホールがドープされる。このホール注入の活性サイトは最外層Seと1層目Biの間で、3つのBiの重心位置に吸着した酸素であり、ドーパント形成サイトは表面上に吸着したエチレン分子であることを明らかにした。また、同様の光誘起ドーピングがBi2Te3や TlBiSe2でも確認されたことから、この手法の普遍性も明らかにした。
光誘起ドーピングは研究代表者が所有するスピン・角度分解光電子分光装置と国内外の放射光施設で行なった。ホール注入はトポロジカル絶縁体のディラック点の束縛エネルギー変化から求め、ドーパントおよびドーパント形成サイトに関する情報は内殻光電子分光、光電子回折と走査トンネル顕微鏡より得た。ドーパントの吸着サイトはO 1s内殻準位からの光電子回折パターンをシミュレーションで得たパターンと比較することによって求め、ドーパント形成サイトは試料の劈開に用いたスコッチテープからの放出ガス成分を質量分析器より求めた結果と走査トンネル顕微鏡と第一原理計算より得た結果を比較することで明らかにした。光誘起ドーピングの安定性に関しては、超高真空中で光誘起ドーピングした試料を一度大気圧下に置き、12時間以上後に真空槽に戻すことで確認した。
また、主課題以外にも、本新学術領域に参加することで新しく始めた金ナノ粒子の電子状態解明に関する共同研究において、ナノ粒子では5d軌道の電子状態が金のバルク固体と大きく異なることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Muenster大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Muenster大学
  • [国際共同研究] Laboratorio TASC(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      Laboratorio TASC
  • [雑誌論文] 固体表面上の新奇ラシュバスピンテクスチャ - 対称性に誘起された特異なラシュバ効果 -2018

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 53 ページ: 629-637

    • 査読あり
  • [学会発表] Spin-polarized bands at solid surfaces2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      The first international workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機分子吸着による表面原子層物質の電子状態変化2019

    • 著者名/発表者名
      坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] Peculiar Rashba spin textures of metal adsorbed surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces & Cross-Strait Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Size-dependent electronic structure of Au nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Suda, M. Iwaoka, I. Yamamoto, J. Fujii, S. Yamazoe, K. Sakamoto
    • 学会等名
      34th European Conference on Surface Science (ECOSS 34)
    • 国際学会
  • [学会発表] Peculiar Spin Structure of Heavy Element Atomic Layers2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In/Si(111)-(√7×√3)のフェルミ面における特異なラシュバスピン2018

    • 著者名/発表者名
      小林宇宏、中田慶隆、矢治光一郎、獅子堂達也、吉澤俊介、小森文夫、辛埴、内橋隆、坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会

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公開日: 2019-12-27  

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