Nonequilibrated state of matter investigated via time-resolved photoemission

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26800165
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石田 行章 東京大学, 物性研究所, 助教 (30442924)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 超高速現象 / トポロジカル系物質 / スピントロニクス / 光電子分光

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、以下の4項目について研究を進めた。
１：非占有側バンド分散の直接観測：TARPESを用いることで、通常のARPESでは見ることができない非占有側のバンド分散を観測できる。本年度は半金属Asにトポロジカルに非自明な表面状態が発現すること（PRL2017）、(Mo,W)Te2（PRB2016; Nat.Com.2016;査読中）とTaIrTe4（査読中）がII型ワイル半金属になることを、非占有側の直接観測を通じて報告した。
２：トポロジカル絶縁体（TI）の光機能化：絶縁性のよいTIに光を照射すると表面光起電力が生じることを期間中に見出し、この現象を利用してTI表面にスピン偏極電流を光で誘起するデバイス原理を提案してきた（Sci.Rep. 2015；PRL2015）。表面電流の向きまで制御するためには、両極性の表面光起電力を誘起する必要がある。これを両極性Bi2Te3において実証した（査読中）。
３．ディラック電子系のキャリアダイナミクス：ディラック系物質はあらゆる色の光を吸収でき、光学材料としても注目されている。前年度までにディラック系のダイナミクスが2温度モデル（TTM）の体系で記述できる場合と（SrMnBi2: PRB2016）そうでない場合（Graphite:Sci.Rep.2011; Sb2Te3:Sci.Rep.2015）に分類できることがわかった。本年度はディラック系物質であるカーボンナノチューブとEuP3のダイナミクスがTTMから逸脱することを見出した。エキシトン形成が逸脱の原因になることが示唆された。
４．世界最高繰返しTARPESの開発：弱励起の非平衡状態を精度よく観測するためには、高繰返し化が必須である。ファイバーレーザーを用いた世界最高95 MHzのTARPES装置が完成し、これをRSI2016に報告した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Chinese achademy of Sciences(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Chinese achademy of Sciences
• [Int'l Joint Research] Princeton University/Rice University/LANL(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Princeton University/Rice University/LANL
• [Journal Article] Topologically Entangled Rashba-Split Shockley States on the Surface of Grey Arsenic (2017)
  • Author(s): P. Zhang,* J.-Z. Ma,* Y. Ishida,* L.-X. Zhao,* Q.-N. Xu, B.-Q. Lv, K. Yaji, G.-F. Chen, H.-M. Weng, X. Dai, Z. Fang, X.-Q. Chen, L. Fu, T. Qian, H. Ding, S. Shin
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 118 Pages: 046802
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.046802
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fermi arc electronic structure and Chern numbers in the type-II (2016)
  • Author(s): I. Belopolski,* S. Xu,* Y. Ishida,* X. Pan,* P. Yu,* D. Sanchez, H. Zheng, M. Neupane, N. Alidoust, G. Chang, T. Chang, Y. Wu, G. Bian, S. Huang, C. Lee, D. Mou, L. Huang, Y. Song, B. Wang, G. Wang, Y. Yeh, N. Yan, J. Raul, P. Fevre, F. Bertran, H. Jeng, T. Kondo, A. Kaminski, H. Lin, Z. Liu, F. Song, S. Shin, M. Hasan
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 94 Pages: 085127
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.085127
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High repetition pump-and-probe photoemission spectroscopy based on a compact fiber laser system (2016)
  • Author(s): Y. Ishida, T. Otsu, A. Ozawa, K. Yaji, S. Tani, S. Shin, Y. Kobayashi
  • Journal Title: Review of Scientific Instrumnets Volume: 87 Pages: 123902
  • DOI: 10.1063/1.4969053
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 超高速時間分解光電子分光法 (2016)
  • Author(s): 石田行章
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 37 Pages: 31-36
  • DOI: 10.1380/jsssj.37.31
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Discovery of a new type of topological Weyl fermion semimetal state in MoxW1xTe2 (2016)
  • Author(s): I. Belopolski,* D. S. Sanchez,* Y. Ishida,* X. Pan,* P. Yu,* S.-Y. Xu, G. Chang, T.-R. Chang, H. Zheng, N. Alidoust, G. Bian, M. Neupane, S.-M. Huang, C.-C. Lee, Y. Song, H. Bu, G. Wang, S. Li, G. Eda, H.-T. Jeng, T. Kondo, H. Lin, Z. Liu, F. Song, S. Shin, M. Z. Hasan
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 13643
  • DOI: 10.1038/ncomms13643
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Non-equilibrated electronic structures and dynamics of Dirac and topological materials (2017)
  • Author(s): Y. Ishida
  • Organizer: Nanoscale Spectroscopy and Nanotechnology 9
  • Place of Presentation: Gyeongju, South Korea
  • Year and Date: 2017-09-25 – 2017-09-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Revealing the ultrafast light-to-matter energy conversion before heat diffusion in a layered Dirac semimetal (2017)
  • Author(s): Yukiaki Ishida, Hidetoshi Masuda, Hideaki Sakai, Shintaro Ishiwata, Shik Shin
  • Organizer: APS March Meeting
  • Place of Presentation: 米国、ニューオリンズ
  • Year and Date: 2017-03-13 – 2017-03-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Time-resolved photoemission spectroscopy implemented by femtosecond lasers (2016)
  • Author(s): Y. Ishida
  • Organizer: EMN Meeting on Ultrafast
  • Place of Presentation: オーストラリア、メルボルン
  • Year and Date: 2016-10-10 – 2016-10-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カーボンナノチューブの時間分解光電子分光 (2016)
  • Author(s): 石田行章、Gao Weilu、矢治光一郎、原沢あゆみ、河野淳一郎、辛埴
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学、石川県金沢市
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16