spin ARPES of transition metal dichachogenide

过渡金属二硫族化物的自旋 ARPES

基本信息

批准号：
22KJ0269
负责人：
Chuang ChienーWen
金额：
$ 1.09万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0269/
关键词：
2D Ferromagnet ARPES XMCD MBE

项目摘要

I have succeeded to grow monolayer (ML), multilayers of Cr2Se3 by molecule beam epitaxy (MBE) method and characterized the crystal structure by reflective high energy electron diffraction (RHEED) and low energy electron diffraction (LEED). To investigate the electronic and magnetic properties of Cr2Se3 ultrathin films, I carried out x-ray absorption spectroscopy (XAS), x-ray magnetic circular dichroism (XMCD), and angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES). The Cr L edge (2p- 3d) of XAS and XMCD results showed a clear XMCD signal, indicating the ferromagnetism in ML Cr2Se3. The experimental XAS and XMCD spectra are in good agreement with the charge transfer cluster model calculation using Cr3+ configuration. The ARPES results of ML Cr2Se3 showed highly dispersive bands and tiny electron pocket at K points, which are consistent with first principles calculations. Further, temperature-dependence of band structure showed dramatic momentum-dependent band splitting and band structure change below the ferromagnetic transition. Surprisingly, the intensities of electron pockets also showed systematic increase when reducing T. This kind of band structure changes across Curie temperature (Tc) were also observed in multiplayer of Cr2Se3 in which Tc is reduced compared to the ML case. The unusual band structure evolution cannot be simply explained in terms of the exchange coupling. I concluded that consideration of strong pd hybridization and spin-orbit coupling (S.O.C) as well as electron carrier density is necessary to understand the ferromagnetism of Cr2Se3 ultrathin films.

我通过分子束外延（MBE）方法成功生长了单层（ML）、多层Cr2Se3，并通过反射高能电子衍射（RHEED）和低能电子衍射（LEED）表征了晶体结构。为了研究 Cr2Se3 超薄膜的电子和磁性，我进行了 X 射线吸收光谱 (XAS)、X 射线磁圆二色性 (XMCD) 和角分辨光电子能谱 (ARPES)。 XAS 和 XMCD 结果的 Cr L 边缘 (2p-3d) 显示出清晰的 XMCD 信号，表明 ML Cr2Se3 具有铁磁性。实验XAS和XMCD谱与使用Cr3+构型的电荷转移团簇模型计算结果吻合良好。 ML Cr2Se3 的 ARPES 结果显示出高色散带和 K 点处的微小电子袋，这与第一原理计算一致。此外，能带结构的温度依赖性显示出在铁磁转变以下的剧烈的动量依赖性能带分裂和能带结构变化。令人惊讶的是，当降低 T 时，电子袋的强度也显示出系统性的增加。这种能带结构随居里温度 (Tc) 的变化也在 Cr2Se3 的多层结构中观察到，其中与 ML 情况相比，Tc 降低了。这种不寻常的能带结构演变不能简单地用交换耦合来解释。我的结论是，要了解 Cr2Se3 超薄膜的铁磁性，必须考虑强 pd 杂化和自旋轨道耦合 (S.O.C) 以及电子载流子密度。

项目成果

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专利数量（0）

Electronic structure investigation of magnetic splitting and gap formation in ferromagnetic topological insulator (Cr0.35Sb0.65)2Te3

铁磁拓扑绝缘体(Cr0.35Sb0.65)2Te3中磁分裂和间隙形成的电子结构研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
C. W. Chuang et al.
通讯作者：
C. W. Chuang et al.

Spectroscopy study of a ferromagnetic topological insulator

铁磁拓扑绝缘体的光谱研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
C. W. Chuang et al.
通讯作者：
C. W. Chuang et al.

Fabrication and ARPES study of Cr2Se3 ultrathin film

Cr2Se3超薄膜的制备及ARPES研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
C. W. Chuang et al.
通讯作者：
C. W. Chuang et al.

Fermiology of a topological line-nodal compound CaSb2 and its implication to superconductivity: Angle-resolved photoemission study

拓扑线节点化合物 CaSb2 的费米学及其对超导性的影响：角分辨光电子研究

DOI：
10.1103/physrevmaterials.6.104203
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.4
作者：
Chuang Chien;Souma Seigo;Moriya Ayumi;（省略）;Kumigashira Hiroshi;Takahashi Takashi;Yonezawa Shingo;Paglione Johnpierre;Maeno Yoshiteru;Sato Takafumi
通讯作者：
Sato Takafumi

Electronic states of monolayer Cr2Se3 studied by micro- ARPES

Micro-ARPES 研究单层 Cr2Se3 的电子态