2019 Fiscal Year Annual Research Report
Spectroscopic investigation for optical generation/control of surface spincurrent
| Project/Area Number |
18H01875
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
荒船 竜一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (50360483)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 紀明 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50252416)
石田 浩 日本大学, 文理学部, 教授 (60184537)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | スピン軌道相互作用 / 非占有準位 / モアレ構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
スピンの流れ－スピン流－はスピントロニクスが生み出した最も興味深い概念の一つである。さまざまなスピン流生成方法があるが、光励起によるスピン流の生成・制御は非磁性物質のみでスピン流デバイスを構成できるという特徴や、高速応答性が達成出来ることから特に魅力的な方法である。そのため「オプト・スピントロニクス」[4]はスピントロニクスの中でも重要なブランチの一つである。光励起スピン流の理解を進めるためにはスピン偏極バンド構造、占有・非占有準位間の光吸収断面積、励起電子の緩和ダイナミクスを知る必要がある。この3つの必須情報を調べる上で角度分解二光子光電子分光は、最も適した分光法である。
グラフェンで修飾したIr(111)表面に高エネルギー分解能二光子光電子分光を適用し、表面光励起スピン流の分光学評価を行った。占有順位にあるスピン分裂表面共鳴状態のバンドを利用して、スピン偏極電子を励起し、光励起による純スピン流生成が可能であることを分光学的に示した。また（楕）円偏光励起による、スピン偏極光電流の生成も実証した。スピン偏極度は励起（楕）円偏光の楕円率を変えることで制御可能であることを示した。
加えて鏡像電荷バンドにエネルギーギャップを観測した。これはグラフェンとIr(111)表面の格子定数のわずかな違いに由来するモアレ構造に由来するものである。これを確認するためにエンベッディド・グリーン関数法を用いた半無限系における電子状態計算を行った。計算されたエネルギーギャップはおよそ25meVであり、実験結果と一致した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
測定システムの改良、新規測定システムの構築を行う。具体的にはオプト・スピンカレントの実時間ダイナミクスを評価するために、100 fs のパルス幅となるTi;Sapphireレーザーシステムを構築した。システム全体の評価も完了し、サブピコ秒オーダーでスピン偏極励起された電子のエネルギー緩和の時間発展を追跡できるようにできた。
理論面ではスピン軌道相互作用を入れた状態で、モアレ構造を考慮した計算が可能になった。本研究で計算したい要素をほぼカバーできるような仕組みになるまで完成できた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度であり、研究のとりまとめを行う。それと共に、h-BN/Ir(111)、Graphene/Ir(111)における励起電子のスピン軌道相互作用に由来するバンド分裂、およびその時間発展、さらに分子・原子修飾による物性変化の追跡を行う。
|
