Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超高速現象 / 電子状態 / 時間分解光電子分光 / 仕事関数 / 光電子分光 / トポロジカル相 / 非平衡電子状態 / トポロジカル絶縁体 / 強相関電子系

前年度に、従来を1-2桁上回る<1meVの精度で仕事関数を測定できることを発表した（YI et al., Commun. Phys. 2020）。本年度はこの手法を時間分解光電子分光法（TARPES）に応用し、仕事関数を介してフェムト秒域パルスで瞬間的に励起された結晶表面の様子を調べた。
仕事関数を高精度で測定するためには、試料から放出される低速な光電子をきちんと分析できるようにTARPES装置の仕様を調整する必要がある。このために試料に電位を加える電極を通し、さらに真空チャンバー内に不要な構造物を極力排して光電子が飛行する試料と電子分析器の間の真空準位のムラを少なくした。
グラファイトについて、まず0.13 mJ/cm2のポンプ強度で測定を行った。フェルミ準位近傍では光パルスで衝撃的に励起された電子のダイナミクスが明瞭に観測された。一方、光電子分布の低速側にあらわれる仕事関数のカットオフは標準偏差70マイクロeVの精度で動かなかった。
ポンプ強度を上げていくとやがて多光子過程を経て大量の光電子が出てくる。多光子光電子はプローブ光で出る光電子の分布を乱すため、精密なTARPES測定を行う際にはこの放出を抑える必要があるが、仕事関数を測定する目的ではこの限りではない：仕事関数のカットオフをみるための光電子分布は、プローブ光で放出される光電子のものである必要はないためである。すなわち、仕事関数を見る目的に絞れば、通常TARPESでは調べることができない強励起域を調べることができる。
多光子光電子が放出される0.76mJ/cm2までポンプ光の強度を上げて、多光子光電子分布の低速側にあらわれる仕事関数のカットオフを観測し、このエネルギー位置およびカットオフの幅を5.9eV光で出る光電子分布のものと比較した。カットオフのエネルギーは弱励起のものと100マイクロeVの精度の範囲で変化しなかった。

ベリー位相 / 創発的電磁気現象 / スキルミオン / モノポール / トポロジカル絶縁体 / ワイル半金属 / ラシュバ相互作用 / 強相関電子系 / トポロジー / スピンエレクトロニクス / 磁性 / ジャロシンスキー・守谷（DM）相互作用 / 磁性トポロジカル絶縁体 / 量子化異常ホール効果 / 磁壁伝導 / スキルミオンダイナミクス / スキルミオニクス / 方向二色性 / 一般化されたディラック電子 / 巨大バルクラシュバ効果 / スピン構造 / 中性子散乱 / 量子輸送 / 磁性体 / スピン軌道相互作用 / ホール効果 / 数値シミュレーション

実空間および運動量空間の双方における量子力学的ベリー位相に由来する「創発電磁場」の学理を、磁性体を舞台に建設した。実空間ではカイラル磁性体における渦巻状のスピン構造スキルミオンの生成、消去、駆動、読み取り、に対応した動的性質の研究が、理論・実験双方から進展し、エレクトロニクスへの展望が開けた。
運動量空間では、新しい物質群である磁性トポロジカル絶縁体における量子化異常ホール効果の実現と、関連した諸現象―磁壁に伴う非散逸電流、スキルミオン生成、新奇なアキシオン絶縁体の発見―などの他に、モノポール構造のもたらす物性を明らかにした。また、非相反応答、トポロジカル光電流生成、など新奇動的効果を解明した。

超高速現象 / 高温超伝導体 / 光電子分光 / 超短パルスレーザー / トポロジカル絶縁体 / 表面光電効果 / 非線形光学過程 / トポロジカル絶縁体 / 強相関電子系

時間分解角度分解光電子分光を用いて、銅酸化物高温超伝導体の研究を行った。光パルス照射後の非平衡電子状態とその過渡変化を広い運動量空間に渡って捉えることに成功した。スペクトルの過渡変化は、準粒子分散に現れるキンク構造より低励起エネルギー側でのみ起き、ノード近傍の超伝導ギャップが過渡的に消失することが明らかとなった。この結果から、キンクに関わるボゾンモードと準粒子励起の散乱レートが増大することでノード近傍のスペクトル強度が過渡変化し、フェルミ準位近傍では超伝導ギャップが埋るという知見を得た。また、光励起された表面からの光電子の出易さが過渡的に変化することが捉えられ、光電子放出のメカニズムに関して新たな知見を得た。

強相関電子系 / 量子スピンホール系 / 量子ダイナミクス / 強相関電子係 / トポロジカル絶縁体 / 量子スピンホール効果 / エッジモード / マヨラナフェルミオン / モット絶縁体 / 光励起 / 量子ダイナミックス

固体電子の相対論的効果と電子間相互作用の相乗効果を、トポロジカル絶縁体、半導体、超伝導体など広い範囲の系に対して理論的に研究し、伝導現象、光学現象、磁性、などの物性にどのような形で現れるかを明らかにした。また、強く相互作用する多数の電子に光を当てたときに生じる動的現象を量子力学的シミュレーションで調べて、強相関太陽電池の動作基本原理を明らかにした。

【研究分担者】
BAHRAMY MOHAMMAD	東京大学	工学(系)研究科(研究院)	講師	(Kakenデータベース)
十倉好紀	東京大学	工学(系)研究科(研究院)	教授	(Kakenデータベース)
佐藤卓	東北大学	多元物質科学研究所	教授	(Kakenデータベース)
岡隆史	東京大学	工学(系)研究科(研究院)	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
ミシェンコアンドレイ (MISHCHENKO Andrey)	理化学研究所	交差相関理論研究チーム	基幹研究所研究員	(Kakenデータベース)
小椎八重航	理化学研究所	交差相関理論研究チーム	基幹研究所研究員	(Kakenデータベース)
江澤雅彦	東京大学	大学院・工学系研究科	助教	(Kakenデータベース)