スピン分解超高分解能光電子分光装置の建設と磁性表面薄膜の研究

自旋分辨超高分辨率光电子能谱仪的构建及磁性表面薄膜的研究

基本信息

批准号：
10J02771
负责人：
高山あかり
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J02771/
关键词：
スピン分解光電子分光表面ラシュバ効果トポロジカル絶縁体

项目摘要

これまでに建設を進めてきた超高分解能スピン分解光電子分光装置の最終調整を行った。検出器の感度比やバックグラウンドの補正方法を確立し、データの信頼性を向上させた。バックグラウンドノイズをより減少させるため、長時間のベーク・高電圧印加を行った。各電極における印加電圧の調整、残留ガスの除去や流入ガスの遮蔽による到達真空度の向上など、装置全体の性能も高めた。建設した装置を用いて、Si上に作成したV族半金属Bi薄膜のRashba効果についてスピン偏極率の膜厚依存性を測定した。その結果、膜厚が薄くなるにつれて表面バンドのスピン偏極率が小さくなることを明らかにし、SiとBiの界面においても、表面と同様なRashba効果を示す可能性を初めて明らかにした。以上の結果は米国化学誌Nano Lettersに掲載され、国内外の学会にて発表を行った他、多数の新聞で報道された。また、Rashba効果による表面バンドのスピン偏極率がバルクバンドから受ける影響について明らかにするため、Sbのスピン分解ARPES測定を行った。その結果、バルクバンド射影内において表面バンドのスピン偏極率が減少する様子を観測し、バルクバンドと表面バンドの混成がスピン偏極率に与える影響を実験的に明らかにした。この結果は、日本物理学会(2012年秋季大会)にて発表した。さらに、トポロジカル相転移による表面ディラックバンドのスピン構造の変化を明らかにするため、TlBi(S_<1-x>Se_x)_2のスピン偏極率の波数および組成依存性をスピン分解ARPESにて決定した。xを変化させた各組成でスピン偏極率を測定した結果、Se濃度(x)の減少とともにスピン偏極率が弱くなり、TlBiS_2(x=0.0)ではスピン偏極率がゼロであることを実験的に初めて観測した。以上の結果は、米国物理学誌Phys. Rev. Lett.に掲載された。

我们对迄今为止正在构建的超高分辨率自旋分辨光电子能谱装置进行了最后的调整。我们建立了探测器灵敏度比和背景校正方法以提高数据可靠性。为了进一步降低背景噪音，进行了长时间烘烤和高压施加。通过调整施加到每个电极的电压、去除残余气体以及屏蔽进入气体以实现更高的真空水平，该设备的整体性能也得到了改善。使用所构建的装置，我们测量了在 Si 上制造的 V 族半金属 Bi 薄膜中 Rashba 效应的自旋极化的厚度依赖性。结果发现，表面能带的自旋极化随着膜厚的减小而减小，并首次揭示了在Si和Bi的界面处可能表现出与表面类似的Rashba效应。上述成果发表在美国化学期刊《Nano Letters》上，并在国内外学术会议上发表，并被多家报纸报道。此外，还进行了 Sb 的自旋分辨 ARPES 测量，以阐明由于 Rashba 效应，体能带对表面能带自旋极化的影响。结果，我们观察到体能带投影内表面能带的自旋极化减小，并通过实验阐明了体能带和表面能带的杂化对自旋极化的影响。这些结果在日本物理学会（2012年秋季会议）上公布。此外，为了阐明拓扑相变导致的表面狄拉克带自旋结构的变化，我们利用自旋分辨确定了 TlBi(S_<1-x>Se_x)_2 自旋极化的波数和成分依赖性。阿佩斯。通过测量不同 x 的每种组合物的自旋极化，我们发现随着 Se 浓度 (x) 的降低，自旋极化变得更弱，并且观察到 TlBiS_2 (x=0.0) 的自旋极化为零。首次进行实验。上述成果发表在美国物理学杂志Phys Rev. Lett上。