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2020 Fiscal Year Annual Research Report

レーザースピン分解ARPESによる薄膜スピン分裂バンド制御

Research Project

Project/Area Number 18J21892
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

野口 亮  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Keywords高次トポロジカル絶縁体 / 角度分解光電子分光 / ラシュバ効果 / スピン偏極
Outline of Annual Research Achievements

2020年度は擬一次元ビスマスハライドの中でも特有の積層構造を持つビスマス臭化物(Bi4Br4)の電子状態を精密に調べた。Bi4Br4は結晶のヒンジに一次元のヒンジ状態を有する高次トポロジカル絶縁体と理論的に予想されていた。我々は角度分解光電子分光(ARPES)・スピン分解ARPESによってヒンジ状態に対応する一次元電子状態の観測を行った。さらに実験で観測されるスピン偏極度が従来の弱いトポロジカル絶縁体であるβ-Bi4I4の場合とは異なった特徴を示すことを見出し、Bi4Br4が三次元結晶として初めて高次トポロジカル絶縁体となっている証拠を提示した。本結果は積層構造によって物質のトポロジーとスピン流を制御するという、新しいスピン偏極電子制御の方向性を実証していると言える。また、量子井戸薄膜を用いたラシュバ効果制御においても、量子井戸系一般に適用可能なラシュバ効果のスケーリング則を見出すという成果を得た。典型的な量子井戸薄膜であるAg/Au(111)では、基板による空間反転対称性の破れにより量子井戸状態がラシュバ効果を示す。我々はスピン分解ARPESによってラシュバ効果の膜厚と量子準位依存性を精密に測定し、理論計算と組み合わせることでラシュバ効果のメカニズムを考察した。その結果、スピン分裂の大きさは界面の電子密度と各原子のスピン軌道相互作用係数であらわされるというスケーリング則を見出した。本結果は基板と薄膜でスピン軌道相互作用の大きさが違う物質を使うと効果的にスピン分裂を引き起こせるということを意味しており、今後新たなラシュバ物質を探す際の重要な指針となると考えられる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] テキサス大学オースティン校/SLAC国立加速器研究所(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      テキサス大学オースティン校/SLAC国立加速器研究所
  • [Int'l Joint Research] Elettra Sincrotrone Trieste(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      Elettra Sincrotrone Trieste
  • [Int'l Joint Research] Diamond Light Source(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Diamond Light Source
  • [Journal Article] Evidence for a higher-order topological insulator in a three-dimensional material built from van der Waals stacking of bismuth-halide chains2021

    • Author(s)
      Noguchi R.、Kobayashi M.、Jiang Z.、Kuroda K.、Takahashi T.、Xu Z.、Lee D.、Hirayama M.、Ochi M.、Shirasawa T.、Zhang P.、Lin C.、Bareille C.、Sakuragi S.、Yaji K.、Harasawa A.、Kandyba V.、Giampietri A.、Barinov A.、Kim T.、Cacho C.、Hashimoto M.、Lu D.、Shin S.、Arita R.、Lai K.、Sasagawa T.、Kondo T.、et al.
    • Journal Title

      Nature Materials

      Volume: 20 Pages: 473~479

    • DOI

      10.1038/s41563-020-00871-7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe52021

    • Author(s)
      Zhang Peng、Noguchi Ryo、Kuroda Kenta、Lin Chun、Kawaguchi Kaishu、Yaji Koichiro、Harasawa Ayumi、Lippmaa Mikk、Nie Simin、Weng Hongming、Kandyba V.、Giampietri A.、Barinov A.、Li Qiang、Gu G. D.、Shin Shik、Kondo Takeshi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Pages: 406-1~7

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20564-8

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Three-dimensional electronic structure in ferromagnetic Fe3Sn2 with breathing kagome bilayers2020

    • Author(s)
      Tanaka Hiroaki、Fujisawa Yuita、Kuroda Kenta、Noguchi Ryo、Sakuragi Shunsuke、Bareille Cedric、Smith Barnaby、Cacho Cephise、Jung Sung Won、Muro Takayuki、Okada Yoshinori、Kondo Takeshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 101 Pages: 16114-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.161114

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb2020

    • Author(s)
      Kuroda Kenta、Arai Y.、Rezaei N.、Kunisada S.、Sakuragi S.、Alaei M.、Kinoshita Y.、Bareille C.、Noguchi R.、Nakayama M.、Akebi S.、Sakano M.、Kawaguchi K.、Arita M.、Ideta S.、Tanaka K.、Kitazawa H.、Okazaki K.、Tokunaga M.、Haga Y.、Shin S.、Suzuki H. S.、Arita R.、Kondo Takeshi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Pages: 2888-1~9

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16707-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Observation of small Fermi pockets protected by clean CuO2 sheets of a high-Tc superconductor2020

    • Author(s)
      Kunisada So、Isono Shunsuke、Kohama Yoshimitsu、Sakai Shiro、Bareille Cedric、Sakuragi Shunsuke、Noguchi Ryo、Kurokawa Kifu、Kuroda Kenta、Ishida Yukiaki、Adachi Shintaro、Sekine Ryotaro、Kim Timur K.、Cacho Cephise、Shin Shik、Tohyama Takami、Tokiwa Kazuyasu、Kondo Takeshi
    • Journal Title

      Science

      Volume: 369 Pages: 833~838

    • DOI

      10.1126/science.aay7311

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 黒リンの角度分解光電子分光スペクトルにおける量子干渉効果2021

    • Author(s)
      野口亮、黒田健太、高橋敬成、新井陽介、田中宏明、Zhang Peng、國定聡、合戸洸平、室隆桂之、出田真一郎、田中清尚、笹川崇男、近藤猛
    • Organizer
      日本物理学会2021年春季大会
  • [Presentation] ARPESとマイクロ波インピーダンス顕微鏡で解明する 擬一次元ビスマスハライドの積層依存トポロジカル相2020

    • Author(s)
      野口亮、小林賢、黒田健太、高橋敬成、Z. Jiang、Z. Xu、D. Lee、平山元昭、 越智正之、白澤徹郎、P. Zhang、C. Lin、C. Bareille、櫻木俊輔、田中宏明、國定聡、黒川輝風、矢治光一郎、原沢あゆみ、V. Kandyba、A. Giampietri、A. Barinov、T. Kim、C. Cacho、橋本信、D. Lu、辛埴、有田亮太郎、K. Lai、笹川崇男、近藤猛
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [Remarks] 原子層の積み木細工によるトポロジカル物質設計 ~ 世界初となる高次トポロジカル絶縁体の実証 ~

    • URL

      http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=12098

URL: 

Published: 2021-12-27  

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