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論文

Emergence of spin-orbit coupled ferromagnetic surface state derived from Zak phase in a nonmagnetic insulator FeSi

大塚 悠介*; 金澤 直也*; 平山 元昭*; 松井 彬*; 野本 拓也*; 有田 亮太郎*; 中島 多朗*; 花島 隆泰*; Ukleev, V.*; 青木 裕之; et al.

Science Advances (Internet), 7(47), p.eabj0498_1 - eabj0498_9, 2021/11

FeSi is a nonmagnetic narrow-gap insulator, exhibiting peculiar charge and spin dynamics beyond a simple band structure picture. Those unusual features have been attracting renewed attention from topological aspects. Although the surface conduction was demonstrated according to size-dependent resistivity in bulk crystals, its topological characteristics and consequent electromagnetic responses remain elusive. Here, we demonstrate an inherent surface ferromagnetic-metal state of FeSi thin films and its strong spin-orbit coupling (SOC) properties through multiple characterizations of two-dimensional conductance, magnetization, and spintronic functionality. Terminated covalent bonding orbitals constitute the polar surface state with momentum-dependent spin textures due to Rashba-type spin splitting, as corroborated by unidirectional magnetoresistance measurements and first-principles calculations. As a consequence of the spin-momentum locking, nonequilibrium spin accumulation causes magnetization switching. These surface properties are closely related to the Zak phase of the bulk band topology. Our findings propose another route to explore noble metal-free materials for SOC-based spin manipulation.

論文

Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb

黒田 健太*; 新井 陽介*; Rezaei, N.*; 國定 聡*; 櫻木 俊輔*; Alaei, M.*; 木下 雄斗*; Bareille, C.*; 野口 亮*; 中山 充大*; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.2888_1 - 2888_9, 2020/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.38(Multidisciplinary Sciences)

Solids with competing interactions often undergo complex phase transitions. Among them, CeSb is the most famous material where a number of the distinct magnetic phases called devil's staircase appear. We observed the electronic structure evolution across the devil's staircase transitions using bulk-sensitive angle-resolved photoemission spectroscopy.

論文

Experimental determination of the topological phase diagram in Cerium monopnictides

黒田 健太*; 越智 正之*; 鈴木 博之*; 平山 元昭*; 中山 充大*; 野口 亮*; Bareille, C.*; 明比 俊太朗*; 國定 聡*; 室 隆桂之*; et al.

Physical Review Letters, 120(8), p.086402_1 - 086402_6, 2018/02

 被引用回数:24 パーセンタイル:89.19(Physics, Multidisciplinary)

We use bulk-sensitive soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy and investigate bulk electronic structures of Ce monopnictides (CeX; X=P, As, Sb and Bi). By exploiting a paradigmatic study of the band structures as a function of their spin-orbit coupling (SOC), we draw the topological phase diagram of CeX and unambiguously reveal the topological phase transition from a trivial to a nontrivial regime in going from CeP to CeBi induced by the band inversion.

論文

Soft phonon mode coupled with antiferromagnetic order in incipient-ferroelectric Mott insulators Sr$$_{1-x}$$Ba$$_x$$MnO$$_3$$

酒井 英明*; 藤岡 淳*; 福田 竜生; Bahramy, M. S.*; 奥山 大輔*; 有田 亮太郎*; 有馬 孝尚*; Baron, A. Q. R.*; 田口 康二郎*; 十倉 好紀*

Physical Review B, 86(10), p.104407_1 - 104407_11, 2012/09

 被引用回数:27 パーセンタイル:74.83(Materials Science, Multidisciplinary)

Infrared optical and inelastic X-ray scattering spectra have been systematically investigated in combination with first-principles calculations for paraelectric and antiferromagnetic perovskite Sr$$_{1-x}$$Ba$$_x$$MnO$$_3$$ single crystals, which are close to a ferroelectric transition arising from off-center displacement of magnetic Mn$$^{4+}$$ ions. One optical phonon rapidly softens toward zero frequency at room temperature with increasing $$x$$. This soft-mode behavior is also reproduced by the first-principles calculations, from which we have predicted the vibration mode of all the optical phonons. Below the antiferromagnetic-transition temperature, the soft mode hardens with decreasing temperature and then resoftens toward the lowest temperature.

論文

Emergent rank-5 nematic order in URu$$_2$$Si$$_2$$

池田 浩章*; 鈴木 通人; 有田 亮太郎*; 瀧本 哲也*; 芝内 孝禎*; 松田 祐司*

Nature Physics, 8(7), p.528 - 533, 2012/07

 被引用回数:124 パーセンタイル:96.63(Physics, Multidisciplinary)

ウラン化合物URu$$_2$$Si$$_2$$が低温において示す隠れた量子秩序相は、長年、多岐に渡る研究がなされてきたが、その秩序構造は未だ明らかにされておらず、固体物理学の一つのミステリーと目されてきた(それゆえ、隠れた秩序相を呼ばれている)。本論文の目的は、第一原理計算手法に基づいて、その隠れた秩序相における秩序構造を同定することにある。本論文では電子状態の詳細な解析結果の報告とともに、URu$$_2$$Si$$_2$$の多極子相関の計算結果から、$$E$$$$^{-}$$対称性を持つ多極子のネマティック秩序が有力な秩序状態であることを示した。この結果は、実際に、実験的に観測される異方的な磁気励起、反強磁性秩序状態との競合、4回対称性の破れなどを含む実験結果を包括的に説明することに成功しており、長年の謎を解明する有力な秩序候補と言える。

論文

Angle-resolved photoemission spectroscopy study of PrFeAsO$$_{0.7}$$; Comparison with LaFePO

西 一郎*; 石角 元志; 出田 真一郎*; Malaeb, W.*; 吉田 鉄平*; 藤森 淳*; 小谷 佳範*; 久保田 正人*; 小野 寛太*; Yi, M.*; et al.

Physical Review B, 84(1), p.014504_1 - 014504_5, 2011/07

 被引用回数:20 パーセンタイル:66.65(Materials Science, Multidisciplinary)

鉄系超伝導体PrFeAsO$$_{0.7}$$の角度分解光電子分光の研究を行い、フェルミ準位付近のフェルミ面とバンド分散を調べた。へき開表面の極性により激しくホールドープされた電子状態が観測された。しかしながら、われわれはバンド幅を約2.5倍減少させ化学ポテンシャルを70meV下げるとLDAの計算と合うことを見いだした。これまでに報告されているLaFePOと比較することで、$$d$$$$_{3z^{2}-r^{2}}$$$$yz,zx$$によるバンドのエネルギー位置が両者で非常に大きく異なることがわかった。このことはLDA計算で予言されているように異なるニクトゲン高さに起因する。

口頭

レーザー角度分解光電子分光によるCeモノプニクタイドの電子状態の観測

新井 陽介*; 黒田 健太*; 野本 拓也*; 黒川 輝風*; Shin, S.*; 久保田 正人; 芳賀 芳範; 鈴木 博之*; 岩佐 和晃*; 有田 亮太郎*; et al.

no journal, , 

CeX (X=P, As, Sb, Bi)は温度・磁場・圧力といった外部パラメータによって多彩かつ複雑な磁気構造を形成する。この現象の発現機構としてCe4fとSb5pの「p-f混成」や「磁気ポーラロン」が議論されているものの、未だ解決されていない。本研究ではレーザー角度分解光電子分光によりCeXの電子構造の高分解能測定を行った。その結果、磁気秩序相で多体相互作用に伴う電子構造の再構成を観測した。

口頭

ARPES・非弾性X線散乱・レーザーラマン分光で研究する少数キャリア半金属CeAsの結晶場-フォノン結合

新井 陽介*; 黒田 健太*; 筒井 智嗣*; 平井 大悟郎*; 片山 和郷*; 野本 拓也*; Shin, S.*; 久保田 正人; 芳賀 芳範; 鈴木 博之*; et al.

no journal, , 

セリウムモノプニクタイドは温度・磁場・圧力といった外場によって多様で複雑な磁気相が出現する。本研究ではフォノン分散とCe4f結晶場を測定し、その温度依存性としてフォノンと結晶場との多体相互作用に伴う変化を観測した。実験結果を踏まえ、これまでARPES測定で観測した電子ボソン結合との対応を議論する。

口頭

溶媒和型抽出剤DBCによる塩化金酸の分離機構解析

下村 遼太郎*; 鈴木 智也*; 元川 竜平; 上田 祐生; 塩飽 秀啓; 小山 和也*; 成田 弘一*

no journal, , 

貴金属元素の1つである金(Au(III))の液-液分離工程では、約半世紀の間、ジブチルカルビトール(DBC)がほぼ独占的に工業用抽出剤として使用されている。それにもかかわらず、DBCによる塩酸溶液からのAu(III)の抽出メカニズムは定まっていない。このことがAu(III)に対する低選択性、水相への高溶解性といった、DBCによる実操業における長年の懸念事項が解決に至らない理由と考えられる。本研究では、この抽出系のメカニズムを明らかにするために、スロープ解析による抽出平衡反応の推定、カールフィッシャー分析による抽出に伴う水分子の影響、X線小角散乱によるナノ構造の特定を行なった。本研究成果は、将来的に金の湿式製錬プロセスの高効率化に貢献できると考えられる。

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