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2014 年度 実績報告書

トポロジカル絶縁体および関連物質のスピン分解ARPES

公募研究

研究領域対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象
研究課題/領域番号 25103701
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 宇史  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10361065)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードトポロジカル絶縁体 / フェルミ面 / ディラックコーン / 光電子分光
研究実績の概要

本年度は、3次元スピン検出システムの高分解能光電子分光装置への組み込み・調整を行い、スピン分解光電子分光装置の分解能として、ミニモット検出器(8 meV)のエネルギー分解能を上回る5 meVの分解能を達成することに成功した。
また、装置の建設・改良と並行して、いくつかのトポロジカル絶縁体およびその関連物質の電子状態の決定を行った。トポロジカル絶縁体の母物質であるビスマス(Bi)において、その表面に残されたアイランドのエッジに起因する1次元的なバンド構造を決定することに初めて成功した。この一次元バンドはラシュバ型のスピン分裂をしており、その分裂幅は二次元的な表面バンドのものよりも遥かに大きいことを見出した。またスピン分解測定の結果、表面に平行なスピン成分とほぼ同程度のスピン垂直成分を観測し、面外だけでなく面内のポテンシャル勾配がエッジにおけるスピンの方向を特徴付けると結論した。また、トポロジカル絶縁体TlBiSe2とラシュバ金属Biの接合系における高分解能スピン分解ARPES実験を行い、フェルミ準位近傍のバンド構造およびフェルミ面を決定した。その結果、Biのバンドとの強いスピン選択的な混成効果によって、TlBiSe2のディラックコーン電子状態が大きく変調されることを見出した。このことから、もともとTlBiSe2側に存在していたトポロジカル表面状態が、接合によって金属(Bi)側に移動する「トポロジカル近接効果」という新しい現象が発現していると結論した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] One-dimensional edge states with giant spin splitting in Bismuth thin film2015

    • 著者名/発表者名
      A. Takayama, T. Sato, S. Souma, T. Oguchi, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 114 ページ: 066402(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.114.066402

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Topological proximity effect in a topological insulator hybrid2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shoman, A. Takayama, T. Sato, S. Souma, T. Takahashi, T. Oguchi, K. Segawa, and Y. Ando
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 6 ページ: 6547(1-6)

    • DOI

      10.1038/ncomms7547

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rashba effect in antimony and bismuth studied by spin-resolved ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      A. Takayama, T. Sato, S. Souma, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 16 ページ: 055004-1-6

    • DOI

      10.1088/1367-2630/16/5/055004

    • 査読あり
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体Bi2Se3超薄膜の作成と高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      君塚平太
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京)
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] ラシュバ金属とトポロジカル絶縁体界面における近接効果:高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京)
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] Fe/W(110)界面におけるディラック錐への強磁性体近接効果:高分解能ARPES2015

    • 著者名/発表者名
      本間康平
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京)
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] Bi/TlBiSe2におけるトポロジカル近接効果:高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      正満拓也
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] トポロジカル超伝導体候補物質Cux(PbSe)5(Bi2Se3)3mの高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      君塚平太
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • 年月日
      2014-09-09
  • [学会発表] 超伝導体Tl5Te3の電子構造:高分解能ARPES2014

    • 著者名/発表者名
      田中祐輔
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] 金属蒸着トポロジカル絶縁体のARPES:トポロジカル近接効果2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      新学術領域研究第17回集中連携研究会
    • 発表場所
      大阪大学 (大阪)
    • 年月日
      2014-07-22
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分解能ARPESで探るトポロジカル絶縁体の表面ディラック電子状態2014

    • 著者名/発表者名
      相馬清吾
    • 学会等名
      第33回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖 (静岡県伊豆市)
    • 年月日
      2014-07-09 – 2014-07-11
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体のARPES:トポロジカル近接効果2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤宇史
    • 学会等名
      新学術領域研究第16回集中連携研究会
    • 発表場所
      下呂温泉木曽屋(岐阜県下呂市)
    • 年月日
      2014-06-14
  • [備考] 「トポロジカル量子」領域HP(日本語)

    • URL

      http://www.topological-qp.jp/

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公開日: 2016-06-01  

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