物性実験I

光電子固体物性

教員

教授/佐藤 宇史 教授/高橋 隆
准教授/相馬 清吾
助教/中山 耕輔 助教/菅原 克明

研究について

1. はじめに
 本研究室では、光電子分光法を主な実験手段として、高温超伝導体に代表される強相関電子系やナノ構造物質の電子構造とその物性発現機構解明の研究を進めている。これらの電子系で観測される特異な物性(超伝導、金属-絶縁体転移、電荷密度波等)は、そのフェルミ準位近傍の微細な電子構造に起因する。角度分解光電子分光(Angle-Resolved PhotoEmission Spectroscopy: ARPES) は、固体のバンド構造を直接観測決定できる強力な実験手段であり、近年目覚ましいエネルギー分解能の向上を達成した。

2.研究内容
 本研究室では、世界最高水準の超高分解能光電子分光装置の建設・改良を行うと同時に、高温超伝導体を含む強相関電子系の特異な物性発現機構とその電子構造の関係を明らかにする研究を行っている。現在進めている具体的な研究は、以下のとおりである。

  • (1) グラフェン(単層グラファイト)およびグラファイト層間物質の特異物性発現機構の解明。とりわけグラフェンにおけるディラックフェルミオン的振舞の解明
  • (2) 銅酸化物および鉄系高温超伝導体の電子構造と超伝導発現機構。とりわけ、超伝導発現の鍵を握るフェルミ準位近傍の準粒子の形成過程と超伝導発現機構の関係
  • (3) 新型スピン分解バルク敏感超高分解能光電子分光装置の建設と、トポロジカル絶縁体などのスピントロニクス関連物質の電子構造の解明
  • (4) 半金属および酸化物表面/界面における特異なスピン状態と電子構造
  • (5) 金属超薄膜・細線における電荷密度波(Charge Density Wave, CDW)、超伝導、スピン-電荷分離

さらに、国内外の放射光実験施設(米国ウイスコンシン放射光施設、SPring-8、高エネルギー加速器研究機構 Photon Factory)で、放射光を利用した共同利用実験も行っている。

 また現在、日本学術振興会 科学研究費の援助のもとで、物質のスピンに依存した微細電子状態を高精度で決定できる「新型スピン分解バルク敏感超高分解能光電子分光装置」の建設を行っている。
 さらに、国内外の放射光実験施設(米国ウイスコンシン放射光施設、SPring-8、高エネルギー加速器研究機構Photon Factory) で、放射光を利用した共同利用実験も行っている。

図1 世界最高水準のエネルギー分解能を有する超高分解能光電子分光装置。
図上部は、静電半球型電子エネルギー分析器。

図2 Sb(111) 表面の超高分解能スペクトル。
相対論効果に起因したスピン軌道分裂が明確に観測される。
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