2015S2-003
高分解能角度分解光電子分光による 高機能物質における新たな量子物質相の探索

Last modified 2023-01-17 by s-proposalpfiqst.kek.jp

●基本情報
　●実験責任者：高橋　隆（東北大理）
　●課題有効期間：2015/4〜2018/3
　●実験ステーション：28A
　●関連課題：2012S2-001（高分解能角度分解光電子分光によるディラック電子系の量子現象の解明）
　　　　　　　2009S2-005（新規高温超伝導体および関連化合物の高分解能角度分光電子分光）
　　　　　　　2006S2-001（強相関遷移金属酸化物の高分解能角度分解光電子分光による研究）

●課題の概要
　トポロジカル絶縁体、グラフェン、鉄系高温超伝導体、ラシュバ系物質などの高機能物質が最近次々に発見され、物性解明やデバイス応用に向けた研究が急ピッチで進んでいる。これらの物質における特異物性には様々な「対称性」が密接に関係しており、対称性を積極的に活用・制御することで、新たな量子相の実現が期待されている。本研究では、BL28の偏光可変高輝度光を利用した高分解能角度分解光電子分光エンドステーションを新たに建設し、上記の系を中心とする高機能物質における電子状態を直接決定することによって、電子構造と対称性との関連を明らかにし、特異物性発現機構を解明することを目的とする。
　エンドステーションの建設においては、広角度２次元取込型電子レンズを備えた電子分析器を組み込んだARPES測定槽を設計・製作し、多軸回転試料マニピュレータと測定系を同期させる機構を開発することで、BL28の偏光可変性をフルに生かせる測定システムを開発する。また、高機能物質のARPES実験には、バルク試料のみならず薄膜の測定が重要である。そこで、ARPES装置には、低速電子線回折装置や試料加熱・蒸着機構などの設置が可能な試料準備槽をドッキングし、より広範な高機能物質群においてARPES実験が行える環境を整備する。
　建設した装置を用いて、種々の高機能物質のARPES実験を行う。トポロジカル絶縁体においては、新しい結晶対称性によって保護された表面状態を有する新型物質の発見や、薄膜ハイブリッドにおける新奇量子現象の観測を目指す。グラフェンにおいては、円偏光特性を利用する事で波動関数に現れるベリー位相と電子構造との関連を明らかにする。ラシュバ系においては、巨大なラシュバ分裂を示す物質を極性半導体を中心に開拓し、薄膜や量子細線におけるエッジ・表面状態におけるラシュバ効果と空間反転対称性との関連を明らかにする。鉄系および銅酸化物高温超伝導体においては、ネマティック相・擬ギャップ相における電子状態を、ディラック電子の振舞い、スピン軌道相互作用の影響を中心に精密に決定する事で、回転対称性の破れが超伝導に与える影響などを解明する。
　以上の「高分解能角度分解光電子分光による高機能物質における新たな量子物質相の探索」は、高機能物質における新しい量子現象の探求への指針を与えると同時に、次世代電子デバイスの開発にも大きく貢献することが期待される。

●成果発表
　●論文

• "Electronic structure and anharmonic phonon mode in BaIr₂Ge₇ with two-dimensional Ba-Ge networks studied by photoemission spectroscopy"
  Tatsuhiro Ishida, Daiki Ootsuki, Shigeyuki Ishida, Miho Kitamura, Koji Horiba, Yasumasa Takagi, Akira Yasui, Eiji Ikenaga, Kenji Kawashima, Yousuke Yanagi, Akira Iyo, Hiroshi Eisaki, and Teppei Yoshida
  Phys. Rev. B, 107 (2023) 045116.
• "Superconducting gap and pseudogap in the surface states of the iron-based superconductor PrFeAsO_1−y studied by angle-resolved photoemission spectroscopy"
  K. Hagiwara, M. Ishikado, M. Horio, K. Koshiishi, S. Nakata, S. Ideta, K. Tanaka, K. Horiba, K. Ono, H. Kumigashira, T. Yoshida, S. Ishida, H. Eisaki, S. Shamoto, and A. Fujimori
  Phys. Rev. Res., 3 (2021) 043151.
• "Extended superconducting dome revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy of electron-doped cuprates prepared by the protect annealing method"
  C. Lin, T. Adachi, M. Horio, T. Ohgi, M. A. Baqiya, T. Kawamata, H. Sato, T. Sumura, K. Koshiishi, S. Nakata, G. Shibata, K. Hagiwara, M. Suzuki, K. Ono, K. Horiba, H. Kumigashira, S. Ideta, K. Tanaka, Y. Koike, and A. Fujimori
  Phys. Rev. Res., 3 (2021) 013180.
• "Coulomb-interaction effect on the two-dimensional electronic structure of the van der Waals ferromagnet Cr₂Ge₂Te₆"
  M. Suzuki, B. Gao, K. Koshiishi, S. Nakata, K. Hagiwara, C. Lin, Y. X. Wan, H. Kumigashira, K. Ono, Sungmo Kang, Seungjin Kang, J. Yu, M. Kobayashi, S.-W. Cheong, and A. Fujimori
  Phys. Rev. B 99 (2019) 161401(R).
• "Electronic Structure of a Delafossite Oxide CuAlO₂ in Comparison with CuCrO₂"
  Kenta Takahashi, Ryo Kato, Mario Okawa, Tetsuji Okuda, Akira Yasui, Eiji Ikenaga, Kanta Ono, Noriaki Hamada, and Tomohiko Saitoh
  J. Phys. Soc. Jpn. 88 (2019) 074701.
• "Pseudogap, Fermi arc, and Peierls-insulating phase induced by 3D–2D crossover in monolayer VSe₂"
  Yuki Umemoto, Katsuaki Sugawara, Yuki Nakata, Takashi Takahashi, Takafumi Sato
  Nano Research 12 (2019) 165.
• "Observation of a Pseudogap in the Vicinity of the Metal–Insulator Transition in the Perovskite-type Vanadium Oxides Nd_1−xSr_xVO₃"
  Shintaro Yamamoto, Daiki Ootsuki, Daiya Shimonaka, Daisuke Shibata, Kenjiro Kodera, Mario Okawa, Tomohiko Saitoh, Masafumi Horio, Atsushi Fujimori, Hiroshi Kumigashira, Kanta Ono, Eiji Ikenaga, Shigeki Miyasaka, Setsuko Tajima, and Teppei Yoshida
  J. Phys. Soc. Jpn. 87 (2018) 024708.
• "Observation of Dirac-like energy band and ring-torus Fermi surface associated with the nodal line in topological insulator CaAgAs"
  Daichi Takane, Kosuke Nakayama, Seigo Souma, Taichi Wada, Yoshihiko Okamoto, Koshi Takenaka, Youichi Yamakawa, Ai Yamakage, Taichi Mitsuhashi, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi and Takafumi Sato
  npj Quantum Materials 3 (2018) 1.
• "Two-dimensional Dirac semimetal phase in undoped one-monolayer FeSe film"
  S. Kanayama, K. Nakayama, G. N. Phan, M. Kuno, K. Sugawara, T. Takahashi, and T. Sato
  Phys. Rev. B 96 (2017) 220509(R).
• "Three-dimensional band structure of LaSb and CeSb: Absence of band inversion"
  H. Oinuma, S. Souma, D. Takane, T. Nakamura, K. Nakayama, T. Mitsuhashi, K. Horiba, H. Kumigashira, M. Yoshida, A. Ochiai, T. Takahashi, and T. Sato
  Phys. Rev. B 96 (2017) 041120(R).
• "Effects of strain on the electronic structure, superconductivity, and nematicity in FeSe studied by angle-resolved photoemission spectroscopy"
  G. N. Phan, K. Nakayama, K. Sugawara, T. Sato, T. Urata, Y. Tanabe, K. Tanigaki, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda, and T. Takahashi
  Phys. Rev. B 95 (2017) 224507.
• "Band splitting and Weyl nodes in trigonal tellurium studied by angle-resolved photoemission spectroscopy and density functional theory"
  K. Nakayama, M. Kuno, K. Yamauchi, S. Souma, K. Sugawara, T. Oguchi, T. Sato, and T. Takahashi
  Phys. Rev. B 95 (2017) 125204.
• "Dirac-node arc in the topological line-node semimetal HfSiS"
  D. Takane, Zhiwei Wang, S. Souma, K. Nakayama, C. X. Trang, T. Sato, T. Takahashi, and Yoichi Ando
  Phys. Rev. B 94 (2016) 121108(R).
• "Fermiology of possible topological superconductor Tl_0.5Bi₂Te₃ derived from hole-doped topological insulator"
  C. X. Trang, Z. Wang, D. Takane, K. Nakayama, S. Souma, T. Sato, T. Takahashi, A. A. Taskin, and Yoichi Ando
  Phys. Rev. B 93 (2016) 241103(R).
• "Metal-insulator transition and tunable Dirac-cone surface state in the topological insulator TlBi_1−xSb_xTe₂ studied by angle-resolved photoemission"
  Chi Xuan Trang, Zhiwei Wang, Keiko Yamada, Seigo Souma, Takafumi Sato, Takashi Takahashi, Kouji Segawa, and Yoichi Ando
  Phys. Rev. B 93 (2016) 165123.
• "Direct observation of nonequivalent Fermi-arc states of opposite surfaces in the noncentrosymmetric Weyl semimetal NbP"
  S. Souma, Zhiwei Wang, H. Kotaka, T. Sato, K. Nakayama, Y. Tanaka, H. Kimizuka, T. Takahashi, K. Yamauchi, T. Oguchi, Kouji Segawa, and Yoichi Ando
  Phys. Rev. B 93 (2016) 161112(R).