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論文

Fabrication of a novel magnetic topological heterostructure and temperature evolution of its massive Dirac cone

平原 徹*; Otrokov, M. M.*; 佐々木 泰佑*; 角田 一樹*; 友弘 雄太*; 日下 翔太郎*; 奥山 裕磨*; 一ノ倉 聖*; 小林 正起*; 竹田 幸治; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.4821_1 - 4821_8, 2020/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:89.19(Multidisciplinary Sciences)

We fabricate a novel magnetic topological heterostructure Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ where multiple magnetic layers are inserted into the topmost quintuple layer of the original topological insulator Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$. A massive Dirac cone (DC) with a gap of 40-75 meV at 16 K is observed. By tracing the temperature evolution, this gap is shown to gradually decrease with increasing temperature and a blunt transition from a massive to a massless DC occurs around 200-250 K. Magnetic measurements show that there are two distinct Mn components in the system that corresponds to the two heterostructures; MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is paramagnetic at 6 K while Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is ferromagnetic with a negative hysteresis (critical temperature 20 K). This novel heterostructure is potentially important for future device applications.

論文

Nature of the Dirac gap modulation and surface magnetic interaction in axion antiferromagnetic topological insulator MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$

Shikin, A. M.*; Estyunin, D. A.*; Klimovskikh, I. I.*; Filnov, S. O.*; Kumar, S.*; Schwier, E. F.*; 宮本 幸治*; 奥田 太一*; 木村 昭夫*; 黒田 健太*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.13226_1 - 13226_13, 2020/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:91.8(Multidisciplinary Sciences)

Modification of the gap at the Dirac point (DP) in axion antiferromagnetic topological insulator MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$ and its electronic and spin structure have been studied by angle- and spin-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) under laser excitation at various temperatures, light polarizations and photon energies. We have distinguished both large and reduced gaps at the DP in the ARPES dispersions, which remain open above the N$'{e}$el temperature of $$T_textrm{N}$$ = 24.5 K. We propose that the gap above $$T_textrm{N}$$ remains open due to a short-range magnetic field generated by chiral spin fluctuations. Spin-resolved ARPES, XMCD and circular dichroism ARPES measurements show a surface ferromagnetic ordering for the large gap sample and apparently significantly reduced effective magnetic moment for the reduced gap sample.

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

Perpendicular magnetic anisotropy with enhanced orbital moments of Fe adatoms on a topological surface of Bi$$_2$$Se$$_3$$

Ye, M.*; 黒田 健太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 岡本 和晃*; Zhu, S.-Y.*; 白井 開渡*; 宮本 幸治*; 有田 将司*; 仲武 昌史*; et al.

Journal of Physics; Condensed Matter, 25(23), p.232201_1 - 232201_5, 2013/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.94(Physics, Condensed Matter)

トポロジカル絶縁体に磁性元素を入れると絶縁体表面に対して垂直方向に強磁性が発現するという理論研究があり、その実現は新しいスピントロにクス技術への足がかりになるものと期待されている。本研究では、トポロジカル絶縁体Bi$$_2$$Se$$_3$$の表面にFeを蒸着し、その磁性をFe L$$_{2,3}$$吸収端における軟X線磁気円二色性で、電子状態を角度分解光電子分光を用いて調べた。磁気円二色性実験ではFeの膜厚依存性、試料表面に対する角度依存性測定も行った。その結果、いずれのFe膜厚(0.013-0.9ML)においても強磁性発現は確認できなかったものの、試料表面に垂直方向に磁気モーメントが向く強い磁気異方性を持った常磁性状態が確認された。また軌道磁気モーメントがFe膜厚の小さい試料において増大し、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの比率が強い膜厚依存性を示すこともわかった。この結果はトポロジカル絶縁体に対する磁性元素の量を調節することにより、磁性及び量子輸送現象を制御できる可能性を示すものである。

論文

Quasiparticle interference on the surface of Bi$$_{2}$$Se$$_{3}$$ induced by cobalt adatom in the absence of ferromagnetic ordering

Ye. M.*; Eremeev, S. V.*; 黒田 健太*; Krasovskii, E. E.*; Chulkov, E. V.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 岡本 和晃*; Zhu, S. Y.*; 宮本 幸治*; et al.

Physical Review B, 85(20), p.205317_1 - 205317_5, 2012/05

 被引用回数:54 パーセンタイル:90.06(Materials Science, Multidisciplinary)

トポロジカル絶縁体Bi$$_2$$Se$$_3$$の表面にコバルトを蒸着した系に対して、コバルトの物性に注目して、トンネル分光,角度分解光電子分光,磁気円二色性及び理論計算を組合せて得られた研究成果である。原子力機構としての貢献は、磁気円二色性を用いてコバルトの磁性を調べた部分である。トポロジカル絶縁体表面では磁性元素が強磁性を示すという理論的予想があるが、今回の実験では、Bi$$_2$$Se$$_3$$とコバルトとの組合せでは強磁性を示さないという実験的証拠を示すことができた。

口頭

Recent advances of a single crystal neutron diffractometer SENJU at J-PARC

大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 宗像 孝司*; 茂吉 武人*; 森山 健太郎*; 花島 隆泰*; 黒田 哲也*

no journal, , 

Single-crystal neutron diffraction is one of the most fundamental and powerful techniques to determine the arrangement of light elements and magnetic moments in crystalline materials with high accuracy and reliability. We constructed a TOF-Laue single crystal neutron diffractometer, SENJU, at the BL18 of MLF/J-PARC, for precise crystal and magnetic structure analyses. In this presentation, we will show some recent scientific achievements and instrument advances of SENJU.

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。

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