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。

2020年，我们精确研究了溴化铋（Bi4Br4）的电子态，它在准一维卤化铋中具有独特的堆叠结构。 Bi4Br4 理论上被预测为高阶拓扑绝缘体，在晶体铰链处具有一维铰链态。我们使用角分辨光电子能谱 (ARPES) 和自旋分辨 ARPES 观察了与铰链态相对应的一维电子态。进一步发现，实验中观察到的自旋极化呈现出与传统弱拓扑绝缘体β-Bi4I4不同的特性，Bi4Br4首次作为三维晶体成为高阶拓扑绝缘体。 . 提出了证据。这一结果可以说展示了自旋极化电子控制的新方向，其中材料的拓扑和自旋电流由层状结构控制。此外，在使用量子阱薄膜控制拉什巴效应时，我们发现了一般适用于量子阱系统的拉什巴效应的标度定律。在典型的量子阱薄膜Ag/Au(111)中，由于基底破坏了空间反演对称性，量子阱态表现出Rashba效应。我们利用自旋分辨ARPES精确测量了Rashba效应的薄膜厚度和量子能级依赖性，并将其与理论计算相结合，研究了Rashba效应的机理。结果，我们发现了一个标度定律，表明自旋分裂的大小由界面处的电子密度和每个原子的自旋轨道相互作用系数来表示。这一结果意味着通过使用具有不同自旋轨道相互作用大小的材料作为基底和薄膜可以有效地引起自旋分裂，并且将成为未来寻找新的Rashba材料的重要指南。

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