トポロジカル絶縁体におけるバンド構造操作とスピンダイナミクスの観測・制御

拓扑绝缘体中能带结构的操纵和自旋动力学的观测与控制

基本信息

批准号：
22K14605
负责人：
中村拓人
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的はトポロジカル絶縁体における、スピン偏極ディラックコーンのキャリアタイプ・バンドギャップといったバンド構造の基本的性質を、表面科学的手法により自在に制御する方法論を確立することである。そして、バンド構造を制御したトポロジカル絶縁体薄膜を用いて、スピン偏極キャリアダイナミクスの系統的・普遍的性質を観測することで、スピン偏極電流制御につなげることである。初年度となる本年は、新たな成膜装置の立ち上げとバンド構造制御技術の開発を行った。具体的には以下の内容を実施した。1) 本研究用に新たに導入した成膜装置の立ち上げを行った。古今の世界情勢の影響で、想定していた納期より若干の遅れが見られたが、納入前に他の真空部品の設計・実装が順調に完了していたため、納入後速やかに立ち上げを完了した。2) 新たな成膜装置を用いて薄膜作製によるバンド構造制御技術の開発を行った。研究開始当初に想定していた通り、基板表面の状態制御によりその上に成膜した薄膜の電子状態に変調が起きることを確認した。3) 本研究計画と平行して、表面電子状態のキャリア制御技術の確立およびダイナミクス観測について、強相関半導体物質を対象として放射光光電子分光およびレーザー時間分解光電子分光を用いて研究を行い、論文発表を行った。今後は、より詳細な成膜条件の探索行い、得られた良質な試料について時間分解光電子分光により電子状態のキャリアダイナミクスの時間発展について検証する。また、最近報告された新たなスピン偏極キャリアダイナミクスの観測手法である逆Rashba-Edelstein効果によるTHz波発生現象が本研究内容と相補的な情報を与えると期待されるため、これについても本研究により作製した試料への適用を検討する。

本研究的目的是建立一种利用表面科学技术自由控制拓扑绝缘体能带结构的基本特性的方法，例如自旋极化狄拉克锥的载流子类型和带隙。目的是利用具有受控能带结构的拓扑绝缘体薄膜来观察自旋极化载流子动力学的系统和普遍性质，从而实现自旋极化电流控制。今年是第一年，我们推出了新型薄膜沉积设备并开发了能带结构控制技术。具体实施了以下内容。 1）启动本研究新引进的薄膜沉积设备。由于当前的世界形势，交货期与预计交货期相比略有延迟，但由于其他真空组件的设计和实施在交货前顺利完成，因此交货后迅速完成了启动。 2）我们通过使用新的薄膜沉积系统制造薄膜开发了能带结构控制技术。正如研究开始时所预期的那样，我们证实控制基板表面的状态可以调节沉积在其上的薄膜的电子状态。 3）与本研究项目并行，我们将利用同步辐射光电子能谱和激光时间分辨光电子能谱对强相关半导体材料进行研究，建立载流子控制技术并观察表面电子态的动态，并发表论文。。未来，我们将探索更详细的成膜条件，并利用时间分辨光电子能谱对获得的高质量样品验证电子态载流子动力学的时间演化。此外，逆Rashba-Edelstein效应产生的太赫兹波现象是最近报道的一种新的自旋极化载流子动力学观测方法，有望为本研究内容提供补充信息，因此本研究也将我们将重点考虑其在制备样品中的应用。

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

5 時間分解Ｘ線回折によるSmSの光誘起相転移の観測

5 时间分辨X射线衍射观察SmS光致相变

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
陳奕同 ;渡邉浩 ;中村拓人 ;立川槙吾 ;高橋龍之介 ;和達大樹 ;玉作賢治 ;大沢仁志 ;井村敬一郎 ;鈴木博之 ;佐藤憲昭 ;木村真一
通讯作者：
木村真一

Photo-Induced Band Structure Dynamics of SmS Revealed by TrARPES

TrARPES 揭示 SmS 的光致能带结构动力学

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Chen;T. Nakamura;H. Watanabe;T. Suzuki;Q. Ren;K. Liu;Y. Zhong;T. Kanai;J. Itatani;S. Shin;K. Okazaki;K. Imura;H. S. Suzuki;N. K. Sato;S. Kimura
通讯作者：
S. Kimura

Surface valence transition in SmS by alkali metal adsorption

DOI：
10.1103/physrevb.107.l041102
发表时间：
2022-05
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Takuto Nakamura;T. Nakaya;Y. Ohtsubo;Hiroki Sugihara;Kiyohisa Tanaka;R. Yukawa;M. Kitamura;H. Kumigashira;K. Imura;H. Suzuki;N. Sato;S. Kimura
通讯作者：
Takuto Nakamura;T. Nakaya;Y. Ohtsubo;Hiroki Sugihara;Kiyohisa Tanaka;R. Yukawa;M. Kitamura;H. Kumigashira;K. Imura;H. Suzuki;N. Sato;S. Kimura

Fluctuating spin-orbital texture of Rashba-split surface states in real and reciprocal space

DOI：
10.1103/physrevb.105.235141
发表时间：
2021-09
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Takuto Nakamura;Y. Ohtsubo;A. Harasawa;K. Yaji;Shik Shin;Fumio Komori;S. Kimura
通讯作者：
Takuto Nakamura;Y. Ohtsubo;A. Harasawa;K. Yaji;Shik Shin;Fumio Komori;S. Kimura

YbCu2/Cu(111)表面合金における電子状態の観測

YbCu2/Cu(111)表面合金电子态的观察