2017 Fiscal Year Annual Research Report
原子スケールで制御されたトポロジカル電子状態におけるダイナミクスの解明
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17J03534
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
伊藤 俊 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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Keywords | トポロジカル物質 / 角度分解光電子分光 / スピン分解光電子分光 / 時間分解光電子分光 / 表面原子吸着 / 量子サイズ効果 |
Outline of Annual Research Achievements |
本年度では、表面原子吸着および膜厚制御によって変調されたビスマス(Bi)薄膜の基底状態解明を目指すとともに、スピン分解・時間分解光電子分光測定に向けた準備を進めた。 原子吸着されたBi薄膜の研究では、セシウム(Cs)原子を吸着させたBi薄膜の角度分解光電子分光測定と、第一原理計算によるBiの電子状態計算を組み合わせることで、原子吸着によるバンド構造の変化と電荷密度分布の相関を解明した。この結果について日本物理学会秋季大会にてポスター発表を行い、領域9発表賞を受賞した。さらに査読付き学術論文誌Physical Review Bに論文が掲載された。 膜厚制御されたBi薄膜の研究では、高品質な試料の高分解能光電子分光測定を行うことで、量子サイズ効果で駆動される半金属-半導体転移の直接観測に初めて成功した。さらに、量子化準位の系統的な測定結果を強結合近似による理論計算と比較することで、量子サイズ効果に加えて基板からの影響が本質的な役割を果たしていることを解明した。この結果を国際会議ECOSS-33とISSS-8にて口頭およびポスター発表し、前者ではIUVSTA-ELESEVIER Student Awardを、後者ではBest Poster Awardを受賞した。 スピン分解・時間分解光電子分光測定に向けた準備については、高繰り返し紫外レーザーシステムとスピン分解光電子分光装置を接続するとともに、低エネルギー光電子を測定するために磁気遮蔽を強化した。さらに、スピン積分の時間分解光電子分光をBi単結晶およびBi薄膜に対して行った。後者では、Bi表面での電子ダイナミクスに加えて、Bi-基板界面での超高速起電力生成・緩和過程が観測された。この結果を表面超高速現象の国際会議USD10にてポスター発表し、Young Researcher Poster Awardを受賞した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標である、原子スケールで変調されたBi薄膜の基底状態解明を達成するとともに、スピン分解・時間分解光電子分光装置の整備をほぼ完了することができた。とくに膜厚制御によって変調されたBi薄膜の測定では、半世紀に渡る問題である、Biの半金属-半導体転移に対し世界初となる直接観測を達成することができた。この現象を利用することでBiのバルク金属相とバルク絶縁体相を自在に制御でき、トポロジカル表面電子状態の非平衡ダイナミクスを理解するための強力なツールを手にしたことになる。ダイナミクス測定に向けて必要な設備の組み立ても完了し、既に実際の測定に向けた調整を行っている。スピン積分の時間分解光電子分光測定においても既に興味深い実験結果が得られており、上記の試料制御技術と組み合わせることで表面超高速現象の全く新しい研究展開が期待できる。
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Strategy for Future Research Activity |
Biの半金属-半導体転移の研究成果と、Bi薄膜の界面における超高速光起電力の研究成果を論文にまとめ、査読付き学術論文誌に投稿する。スピン分解・時間分解光電子分光システムの調整を完了し、表面原子吸着・膜厚制御によって変調されたBi薄膜のトポロジカル表面電子状態における超高速ダイナミクス観測を進めていく。実験システムの詳細を装置論文としてまとめるとともに、得られた結果を学術論文としてまとめ、国内外の学会で積極的に発表していく。
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Alkali-metal induced band structure deformation investigated by angle-resolved photoemission spectroscopy and first-principles calculations2018
Author(s)
S. Ito, B. Feng, M. Arita, T. Someya, W.-C. Chen, A. Takayama, T. Iimori, H. Namatame, M. Taniguchi, C.-M. Cheng, S.-J. Tang, F. Komori, I. Matsuda
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 97
Pages: 1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Discovery of 2D Anisotropic Dirac Cones2018
Author(s)
Baojie Feng, Jin Zhang, Suguru Ito, Masashi Arita, Cai Cheng, Lan Chen, Kehui Wu, Fumio Komori, Osamu Sugino, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Sheng Meng, Iwao Matsuda
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 30
Pages: 1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Experimental realization of two-dimensional Dirac nodal line fermions in monolayer Cu2Si2017
Author(s)
Baojie Feng, Botao Fu, Shusuke Kasamatsu, Suguru Ito, Peng Cheng, Cheng-Cheng Liu, Ya Feng, Shilong Wu, Sanjoy K Mahatha, Polina Sheverdyaeva, Paolo Moras, Masashi Arita, Osamu Sugino, Tai-Chang Chiang, Kenya Shimada, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Kehui Wu, Lan Chen, Yugui Yao, Iwao Matsuda
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 8
Pages: 1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Solving mysteries in pure bismuth by quantum confinement2017
Author(s)
Suguru Ito, Baojie Feng, Masashi Arita, Akari Takayama, Ro-Ya Liu, Takashi Someya, Wei-Chuan Chen, Takushi Iimori, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Cheng-Maw Cheng, Shu-Jung Tang, Fumio Komori, Katsuyoshi Kobayashi, Tai-Chang Chiang, Iwao Matsuda
Organizer
The 33th European Conference on Surface Science (ECOSS-33)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 表面吸着アルカリ金属原子からの電子ドーピングによるバンド構造の変形2017
Author(s)
伊藤俊, B. Feng, 有田将司, 染谷隆史, 高山あかり, W.-C. Chen, 飯盛拓嗣, 生天目博文, 谷口雅樹, C.-M. Cheng, S.-J. Tang, 小森文夫, 松田巌
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会