レーザースピン分解ＡＲＰＥＳによる薄膜スピン分裂バンド制御

通过激光自旋分辨 ARPES 控制薄膜自旋分裂带

• 批准号: 18J21892
• 负责人: 野口 亮
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21892/
• 关键词: 高次トポロジカル絶縁体; 角度分解光電子分光; ラシュバ効果; スピン偏極; ラシュバ分裂; トポロジカル絶縁体; 新奇トポロジカル相; 弱いトポロジカル絶縁体; 顕微角度分解光電子分光; 金属量子井戸状態; スピン角度分解光電子分光

2020年度は擬一次元ビスマスハライドの中でも特有の積層構造を持つビスマス臭化物（Bi4Br4）の電子状態を精密に調べた。Bi4Br4は結晶のヒンジに一次元のヒンジ状態を有する高次トポロジカル絶縁体と理論的に予想されていた。我々は角度分解光電子分光（ARPES）・スピン分解ARPESによってヒンジ状態に対応する一次元電子状態の観測を行った。さらに実験で観測されるスピン偏極度が従来の弱いトポロジカル絶縁体であるβ-Bi4I4の場合とは異なった特徴を示すことを見出し、Bi4Br4が三次元結晶として初めて高次トポロジカル絶縁体となっている証拠を提示した。本結果は積層構造によって物質のトポロジーとスピン流を制御するという、新しいスピン偏極電子制御の方向性を実証していると言える。また、量子井戸薄膜を用いたラシュバ効果制御においても、量子井戸系一般に適用可能なラシュバ効果のスケーリング則を見出すという成果を得た。典型的な量子井戸薄膜であるAg/Au(111)では、基板による空間反転対称性の破れにより量子井戸状態がラシュバ効果を示す。我々はスピン分解ARPESによってラシュバ効果の膜厚と量子準位依存性を精密に測定し、理論計算と組み合わせることでラシュバ効果のメカニズムを考察した。その結果、スピン分裂の大きさは界面の電子密度と各原子のスピン軌道相互作用係数であらわされるというスケーリング則を見出した。本結果は基板と薄膜でスピン軌道相互作用の大きさが違う物質を使うと効果的にスピン分裂を引き起こせるということを意味しており、今後新たなラシュバ物質を探す際の重要な指針となると考えられる。

在2020年，我们仔细检查了溴化溴化苯乙烯的电子状态（BI4BR4），该状态在伪二维的二维二维卤化物中具有独特的层压结构。理论上将BI4BR4预测为具有一维铰链状态在晶体铰链处的高阶拓扑绝缘子。我们观察到通过角度分辨的光电学光谱（ARPE）和自旋分辨ARPES对应于铰链状态的一维电子状态。此外，我们发现在实验中观察到的自旋极化表现出与常规弱拓扑绝缘子的β-BI4I4相比，表现出不同的特征，并提供了证据，表明BI4BR4是第一个三维晶体，是第一个是高阶拓扑绝缘子。该结果证明了自旋电子对照的新方向，其中层压结构控制材料的拓扑和自旋电流。此外，在使用量子井薄膜控制Rushva效应时，我们已经在寻找Rushva效应的缩放规则方面取得了成就，该效应通常应用于量子井系统。在Ag/au（111）（典型的量子井薄膜）中，量子井状态表现出Rushba效应，这是由于由于基板而破坏了空间反转对称性。我们已经仔细地测量了使用自旋分解的ARPES RUSHVA效应的膜厚度和量子水平依赖性，并通过将其与理论计算相结合来检查RushVA效应的机理。结果，我们发现了一个缩放规则，即自旋分裂的大小由界面上的电子密度和每个原子的自旋轨道相互作用系数表示。该结果表明，在底物和薄膜之间使用具有不同自旋轨道相互作用的材料可以有效地引起自旋分裂，并且在未来搜索新的RashVA材料时被认为是重要的指南。

项目成果

Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb

• DOI: 10.1038/s41467-020-16707-6
• 发表时间: 2020-06-08
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Kuroda, Kenta;Arai, Y.;Kondo, Takeshi
• 通讯作者: Kondo, Takeshi

超高速・超指向性・完全無散逸の３拍子がそろった理想スピン流の創発と制御

具有超高速、超方向性和完全无耗散三重特征的理想自旋电流的出现和控制。

レーザーSARPESによる銀薄膜の量子井戸準位に依存したスピン分裂の観測

使用激光 SARPES 观察银薄膜中量子阱能级相关的自旋分裂

• 发表时间: 2018
• 作者: 野口亮;黒田健太;矢治光一郎;原沢あゆみ;飯盛拓嗣;小森文夫;辛埴;近藤猛
• 通讯作者: 近藤猛

擬一次元物質β-Bi4I4における弱いトポロジカル絶縁体相の発見とそのトポロジカル相制御

准一维材料β-Bi4I4中弱拓扑绝缘体相的发现及其拓扑相控制

• 发表时间: 2018
• 作者: 野口亮;高橋敬成;黒田健太;越智正之;白澤徹郎;C. Bareille;坂野昌人;中山充大;矢治光一郎;原沢あゆみ;岩澤英明;P. Dudin;T. Kim;M. Hoesch;辛埴;有田亮太郎;笹川崇男;近藤猛
• 通讯作者: 近藤猛

レーザースピン分解ARPESで調べるAg/Au(111)の量子井戸閉じ込めによるスピン分裂バンド制御

通过激光自旋分辨 ARPES 研究 Ag/Au(111) 中量子阱限制的自旋分裂带控制

• 发表时间: 2019
• 作者: Yuki Takahashi;Toshio Miyamachi;Takushi Iimori;Takuma Hattori;Takanori Koitaya;Kohei Yamamoto;Toshihiko Yokoyama;Masato Kotsugi;Fumio Komori;大串 研也;矢治光一郎，VisikovskiyAnton，飯盛拓嗣，林真吾，梶原隆司，黒田健太，田中悟，小森文夫;藤原 秀行;服部卓磨，飯盛拓嗣，宮町俊生，小森文夫;野島 綸斗;今井 良宗;野口亮，黒田健太，河村光晶，矢治光一郎，原沢あゆみ，飯盛拓嗣，小森文夫，辛埴，近藤猛
• 通讯作者: 野口亮，黒田健太，河村光晶，矢治光一郎，原沢あゆみ，飯盛拓嗣，小森文夫，辛埴，近藤猛