表面終端により異なるトポロジカル表面状態とスピン流ダイナミクス

拓扑表面状态和自旋流动力学因表面终止而异

基本信息

批准号：
21H01752
负责人：
福本恵紀
金额：
$ 10.57万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者は，これまでに，フェムト秒光電子顕微鏡(femtosecond photoemission electron microscopy: fs-PEEM)を利用して半導体中の電子ダイナミクスを高い時間・空間・エネルギー分解能を利用してイメージングを行ってきた．本研究の目的は，fs-PEEM利用によるスピンダイナミクス観測である．スピンダイナミクス観測に先立ち，典型的なトポロジカル絶縁体であるBi2Se3単結晶表面の電子ダイナミクス観察を行った．fs-PEEM測定により，Bi2Se3表面は，数10ミクロンサイズのドメインで形成されていることが観測され，それぞれのドメインで光電子スペクトルの形状と電子ダイナミクスが異なる結果が得られた．研究分担者らによる第一原理計算で得られたバンド構造から，へき開された表面を終端する原子層は不均一であることが明らかとなった．また，光照射によるバルクバンドギャップを超えて励起された電子が，ある表面状態(Se膜が最表面にくるS1表面)では，ディラック状態を経由して，基底状態に戻ることを確認した．ディラック点での再結合を経由するために他の表面状態と比較して10倍程度再結合時間が長いことが分かった．これは，ディラック状態を利用するデバイス開発に重要な情報となる．この成果は，論文投稿準備中である．トポロジカル絶縁体表面のスピンダイナミクス観測円滑に遂行するために，2021年度に修理した光電子顕微鏡を設置するための真空チャンバーを設計し，その動作確認が完了している．

迄今为止，主要研究人员已使用飞秒光电子显微镜（fs-PEEM）以高时间、空间和能量分辨率对半导体中的电子动力学进行成像。本研究的目的是使用 fs-PEEM 观察自旋动力学。在自旋动力学观察之前，我们观察了Bi2Se3单晶表面的电子动力学，Bi2Se3单晶是一种典型的拓扑绝缘体。通过fs-PEEM测量，观察到Bi2Se3表面由几十微米大小的域形成，并且每个域的光电子能谱和电子动力学的形状都不同。共同研究人员通过第一原理计算获得的能带结构表明，终止解理表面的原子层是不均匀的。我们还证实，在某种表面状态（Se 膜为最上表面的 S1 表面）下，通过光照射激发到体带隙之外的电子通过狄拉克态返回到基态。研究发现，由于复合发生在狄拉克点，复合时间比其他表面态长约10倍。这对于开发利用狄拉克态的设备来说是重要的信息。该结果目前正在准备发布。为了顺利观察拓扑绝缘体表面的自旋动力学，我们设计了一个真空室来安装光电子显微镜，并于2021年修复，其运行已得到证实。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

CNRS(フランス)

法国国家科学研究中心（CNRS）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Direct Observation of Photoexcited Electron Dynamics in Organic Solids Exhibiting Thermally Activated Delayed Fluorescence via Time‐Resolved Photoelectron Emission Microscopy

通过时间分辨光电子发射显微镜直接观察表现出热激活延迟荧光的有机固体中的光激发电子动力学

DOI：
10.1002/adom.202100619
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
9
作者：
Fukami Yusuke;Iwasawa Masato;Sasaki Masahiro;Hosokai Takuya;Nakanotani Hajime;Adachi Chihaya;Fukumoto Keiki;Yamada Yoichi
通讯作者：
Yamada Yoichi

Direct Observation of Photoexcited Electron Dynamics in Organic Solids Exhibiting Thermally Activated Delayed Fluorescence via Time‐Resolved Photoelectron Emission Microscopy

通过时间分辨光电子发射显微镜直接观察有机固体中表现出热激活延迟荧光的光激发电子动力学

DOI：
10.1002/adom.202100619
发表时间：
2021-06-25
期刊：
Advanced Optical Materials
影响因子：
9
作者：
Y. Fukami;M. Iwasawa;M. Sasaki;T. Hosokai;H. Nakanotani;C. Adachi;K. Fukumoto;Y. Yamada
通讯作者：
Y. Yamada

Observation of photo-excited carrier dynamics in semiconductors with time, space, and energy resolutions

在时间、空间和能量分辨率下观察半导体中的光激发载流子动力学