Quantitative analyses of quantum many-body interactions in low-dimensional electron systems with hidden spin polarization

具有隐藏自旋极化的低维电子系统中量子多体相互作用的定量分析

• 批准号: 22K03495
• 负责人: 島田 賢也
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03495/
• 关键词: 角度分解光電子分光; ノンシンモルフィック空間群; スピン軌道相互作用; 隠れたスピン偏極; 量子多体相互作用; 準粒子

本研究では、らせん操作および映進操作（グライド操作）に関する対称性をもつノンシンモルフィック空間群に含まれる結晶構造を持ち、強いスピン軌道相互作用が働くことにより隠れたスピン偏極が期待される化合物単結晶を作製し、高分解能（スピン）角度分解光電子分光（ARPES）により、そのフェルミ面・バンド構造・スピンテクスチャを実験的に明らかにする。またベイズ推定を用いた新たなARPESスペクトル形状解析プログラムを開発し、フェルミ準位近傍の準粒子状態を支配する量子多体相互作用〔電子－格子、電子－電子、電子－不純物（格子欠陥）相互作用〕を系統的に定量化し、マクロ物性を一電子近似を超えた多電子描像で理解することを目的としている。令和４年度の研究成果としては以下のとおり。(1) ベイズ推定を用いたARPESスペクトルの解析プログラムの開発をすすめ、ビスマス系銅酸化物高温超伝導体（Bi2201）に適用した。実験で得られたフェルミ面形状を強束縛近似で解析することにより一電子バンドを決定し、ARPESスペクトルから電子－格子、電子－電子相互作用に由来する自己エネルギーのモデル関数を特徴づける10個のパラメータを非経験的に決定できた。(2) 典型的なトポロジカル絶縁体Bi2Te3の単結晶を作製し、そのトポロジカル表面電子状態の温度依存性をARPESにより詳細に調べた。電子－格子相互作用に由来するバンド分散の折れ曲がり構造は観測されず、電子－格子相互作用は極めて弱いことがわかった。またディラック点から測ったエネルギーに依存して電子－格子結合定数が変化することが初めて明らかになり、第一原理計算との比較から、その大きさが散乱チャンネルの数に比例することが明らかとなった。この研究成果論文のプレスリリースを行い、科学新聞、Science Japanで取り上げられた。

在这项研究中，晶体结构包含在具有螺旋和横向操作（滑翔操作）对称性的非同构空间群中，并且由于强自旋轨道相互作用，预计会出现隐藏的自旋极化。化合物并使用高分辨率（自旋）角分辨光电子能谱（ARPES）通过实验阐明其费米表面、能带结构和自旋纹理。我们还使用贝叶斯估计开发了新的 ARPES 谱形分析程序，并研究了控制费米能级附近准粒子态的量子多体相互作用 [电子-晶格、电子-电子、电子-杂质（晶格缺陷）相互作用]。这项研究的目的是系统地量化这种方法的效果，并使用超越单电子近似的多电子图像来理解宏观物理性质。 2020财年的研究结果如下。 (1)我们开发了使用贝叶斯估计的ARPES光谱分析程序，并将其应用于铋基铜酸盐高温超导体（Bi2201）。通过使用紧束缚近似分析实验获得的费米表面形状来确定单电子能带，并从 ARPES 谱中表征了源自电子-晶格和电子-电子相互作用的 10 个自能模型函数。经验决定的。 (2)制备了典型拓扑绝缘体Bi2Te3单晶，并利用ARPES详细研究了其拓扑表面电子态的温度依赖性。没有观察到由于电子-晶格相互作用而引起的能带色散的弯曲结构，表明电子-晶格相互作用非常弱。还首次揭示了电子晶格耦合常数的变化取决于从狄拉克点测量的能量，并且与第一原理计算的比较表明其大小与散射通道的数量成正比。该研究成果论文的新闻稿已发表，并在科学报纸《Science Japan》上进行了专题报道。

项目成果

Correlation between changeover from weak antilocalization (WAL) to weak localization (WL) and positive to negative magnetoresistance in S-doped Bi1.5Sb0.5Te1.3Se1.7

• DOI: 10.1063/5.0094556
• 发表时间: 2022-07-18
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Singh，Mahima;Ghosh，Labanya;Chatterjee，Sandip
• 通讯作者: Chatterjee，Sandip

IIT-BHU/IIT-Mandi(インド)

IIT-BHU/IIT-Mandi（印度）

Electronic transport studies of Ag-doped Bi2Se3 topological insulator

• DOI: 10.1063/5.0102131
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Shailja Sharma;Shiv Kumar;Ashok Kumar;K. Shimada;C. S. Yadav

Evaluation of Self-Energy in Overdoped Bi2201 by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy

用角分辨光电发射光谱法评价过掺杂 Bi2201 的自能

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Miyai;Shiv. Kumar;T. Kurosawa;M. Oda;S. Ideta;K. Shimada
• 通讯作者: K. Shimada

Exploration of Novel Topological Semimetal and Evolution of the Electronic Structure Using High-Resolution ARPES

利用高分辨率 ARPES 探索新型拓扑半金属和电子结构演化

• 发表时间: 2023
• 作者: Yogendra Kumar;Shiv Kumar;Kenya Shimada
• 通讯作者: Kenya Shimada