Search for exotic quasiparticles by angle-resolved photoemission spectroscopy

通过角分辨光电子能谱寻找奇异的准粒子

• 批准号: 21H04435
• 负责人: 佐藤 宇史
• 金额: $ 26.87万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04435/
• 关键词: エキゾチック準粒子; 角度分解光電子分光

本年度は、昨年度に引き続き、角度分解光電子分光(ARPES)-分子線エピタキシー(MBE)複合装置の開発と、それを用いたエキゾチック準粒子の探索を行った。真空紫外レーザー光源系のprobe光とpump光の同期などにより、2光子ARPESができるように調整を行った。また、試料位置の精密制御のために、高速クローズドループ制御の試料精動機構を導入して装置の除振対策を施すことにより、高精度の空間分割ARPES測定を実現した。MBE装置においては、試料作製槽内に組み込んだ蒸着源、回折装置、膜厚モニタなどの最適化調整により、原子層物質における高精度ARPES測定を実現する舞台を整えた。本装置や高輝度放射光を用いて、主に以下に示す研究成果を得た。線ノード型準粒子をもつと期待されるトポロジカル半金属超伝導体CaSb2の電子構造を決定し、線ノード型準粒子が現れる電子ポケットが欠如した状態でも超伝導が現れることを見出し、ブリルアンゾーンの中心におけるホールポケットが超伝導に重要な役割を果たすことを示唆した。カゴメ超伝導体Cs(V1-xNbx)3Sb5の電子構造をARPESによって決定した。その結果、これまで提案されている超伝導機構のモデルはVの電子だけを考慮したものがほとんどであったのに対して、V電子とSb電子が協力しながら超伝導を実現していることが明らかになった。原子層遷移金属ダイカルコゲナイドの研究においては、ダビデの星が密に整列することでモット絶縁体になるNbSe2とは異なり、原子層NbTe2はダビデの星が隙間を空けながら規則的に配列した金属となることを初めて明らかにした。

今年，继去年之后，我们开发了角分辨光电子能谱（ARPES）-分子束外延（MBE）组合装置，并用它来寻找奇异的准粒子。我们通过同步真空紫外激光光源系统的探测光和泵浦光进行调整，以实现双光子ARPES。此外，为了精确控制样品位置，引入了高速闭环控制样品运动机构，并对设备采取隔振措施，从而实现高精度的空分ARPES测量。在MBE系统中，我们通过优化样品制备槽内置的蒸发源、衍射装置、膜厚监测仪等，为原子层材料的高精度ARPES测量奠定了基础。利用该装置和高强度同步辐射，我们获得了以下研究成果。我们确定了拓扑半金属超导体CaSb2的电子结构，该超导体预计具有线结准粒子，并发现即使在没有出现线结准粒子的电子袋的情况下，超导性也出现了。该中心在超导中起着重要作用。通过ARPES测定了Kagome超导体Cs(V1-xNbx)3Sb5的电子结构。结果，虽然迄今为止提出的大多数超导模型仅考虑V电子，但人们发现超导是通过V电子和Sb电子的合作实现的。在对原子层过渡金属二硫化物的研究中发现，与由于大卫之星紧密排列而成为莫特绝缘体的NbSe2不同，原子层NbTe2是大卫之星之间有间隙规则排列的金属。这是第一次发生这种事。

项目成果

Charge order with unusual star-of-David lattice in monolayer NbTe2

单层 NbTe2 中异常大卫星晶格的电荷顺序

• DOI: 10.1103/physrevb.107.l041105
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Taguchi Taiki;Sugawara Katsuaki;Oka Hirofumi;Kawakami Tappei;Saruta Yasuaki;Kato Takemi;Nakayama Kosuke;Souma Seigo;Takahashi Takashi;Fukumura Tomoteru;Sato Takafumi
• 通讯作者: Sato Takafumi

Electronic structure of 2D materials studied by micro-ARPES

利用微型 ARPES 研究二维材料的电子结构

• 发表时间: 2023
• 作者: Kolmogorov Vasilii S.;et al.,;K. Sugawara
• 通讯作者: K. Sugawara

反強磁性体NdBiにおけるトポロジカル電子状態のマイクロARPES観測

反铁磁 NdBi 拓扑电子态的微 ARPES 观测

• 发表时间: 2022
• 作者: 相馬清吾;本間飛鳥;高根大地;Y. Wang;中山耕輔;北村未歩;堀場弘司;組頭広志;田中清尚;T. Kim;C. Cacho;高橋隆;安藤陽一;佐藤宇史
• 通讯作者: 佐藤宇史

トポロジカル絶縁体候補カルコパイライト構造物質のARPES

拓扑绝缘体候选黄铜矿结构材料的 ARPES

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩谷 拓実;守谷 歩美;中山 耕輔;本間飛鳥;加藤 剛臣;川上 竜平;菅原克明;相馬 清吾,田中 清尚;北村 未歩;堀場 弘司;組頭 広志;高橋 隆;瀬川 耕司;佐藤 宇史
• 通讯作者: 佐藤 宇史

ナノ計測による量子物質における電子状態解明の展望

使用纳米测量阐明量子材料中电子态的前景

• 发表时间: 2023
• 作者: 清原 聖子編著（1,2章）以下分担執筆：山岸敬和（3章）;荒木圭子（4章）;立岩 真也;Takatsugu Masuda;佐藤宇史
• 通讯作者: 佐藤宇史