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第490回 物性セミナー
| 題目 | 走査トンネル顕微鏡と放射光による原子スケール複合表面磁性研究 Atomic scale surface magnetism studied by STM and synchrotron-based techniques |
|---|---|
| 講師 | 宮町俊生 （東京大学物性研究所） |
| 日時 | 2016 年3 月3 日（木） 16：30- |
| 場所 | 理学研究科C212 |
| 要旨 | 走査トンネル顕微鏡(STM)は試料表面の構造・電子状態の原子分解能観測に加え、試料−STM 探針間のトンネル電流や電場を用いて原子スケールで構造・電子状態の操作・制御も可能な唯一の手法である[1]。STM 探針に磁性材料を用いることによって(スピン偏極STM)、試料表面の磁気情報も抽出可能である[2]。本セミナーでは、レアメタルフリー永久磁石として元素戦略の観点から応用が期待されている窒化鉄単原子層の極低温STM および放射光X 線吸収分光/X 線磁気円二色性(XAS/XMCD)測定の結果を紹介し、STM に放射光分光測定を相補的に組み合わせた原子スケールでの複合磁性研究が、表面磁性を根源的に理解する上で強力な手法となることを示す。 窒化鉄はFe16N2 やFe4N の組成比で高磁気異方性や室温強磁性を示すことがバルクで知られているが、単原子層では磁気モーメントが理論値の半分程度しか得られないことが問題になっていた。磁気モーメント低下の原因として、原子スケールでの欠陥に起因する電子・ 磁気状態の空間的乱れが挙けられるが、高い空間分解能て表面構造と電子・磁気状態を評価可能な手法の欠如からその詳細は明らかになっていなかった。 これまでに我々はCu(001)単結晶基板上のFe4N 単原子層の極低温STM 測定によりその構造および電子状態の詳細を原子分解能で調べ[3] 、従来の作製方法では原子欠陥が多数存在することを明らかにした。成膜条件の厳密制御により原子欠陥の少ない高品質なFe4N 単原子層の作製してUVSOR BL4B にてXAS/XMCD 測定を行った結果、先行研究と比較して磁気モーメントの大幅な増大が観測された。得られた実験値は第一原理計算から見積もられた理論値とよい一致を得た。原子欠陥周りのSTM 分光測定から、原子欠陥が周囲のFe4N 単原子層の電子・磁気状態に多大な影響を及ぼしていることが示唆される[4]。 [1] T. Miyamachi et al., Nat. Commun. 3, 938 (2012). [2] T. Miyamachi et al., Nature 503, 242-246 (2013). [3] Y. Takahashi et al., Phys. Rev. Lett. 116, 056802 (2016). [4] Y. Takahashi et al., in preparation. |
| 担当 | 木村昭夫 （理学研究科） |
第489回 物性セミナー
| 題目 | First-principles design of magnetic materials |
|---|---|
| 講師 | Arthur Ernst (Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle, Germany) |
| 日時 | 2016年2月23日（火）16:30- |
| 場所 | 理学研究科C212 |
| 要旨 | Nowadays first-principles methods enable quantitive and qualitative description of complex materials. Based on quantum mechanics and numerical methods, they are widely applied to study structural, electronic, magnetic, transport and optical properties of condensed matter without or almost without adjustable parameters.
In my talk I’ll present one of such approaches, based on the multiple scattering theory using a Green function formalism. This method is designed to study bulk materials, surfaces, interfaces, clusters and alloys. The main focus of our activity is magnetism and I’ll show most prominent examples of our research in this field. After a very short introduction about the method, we use, I’ll discuss how theoretical simulations of XAS & XMCD spectra can help to obtain adequate information about the chemical composition, structural, electronic and magnetic properties of complex materials such as magnetic oxides and otological insulators. In the second part of my talk, I’ll present a first-principles formalism to study spin waves. Spin waves or magnons are collective magnetic excitations, which provide important information about magnetic properties of solids. Apparently, magnons participate in many physical phenomena such as superconductivity, domain wall motion, spin Seebeck effect etc. They can be described as quasiparticles of a certain wave vector and of a certain energy. The wave vector and the energy are linked together by a characteristic dispersion relation. Spin waves can be studied with several experimental techniques such as ferromagnetic resonance, Brillouin light scattering, neutron scattering, scanning tunnelling and spin polarised electron energy loss spectroscopy. Thereby, spin waves can be described theoretically using either a macroscopic phenomenological model or a microscopic treatment of solids. In my talk, I’ll present a first-principles approach to calculate spin waves in complex systems such as bulk materials, surfaces and interfaces with and without disorder. The approach is based on a microscopic treatment of solids and implemented using a Green function method within the density functional theory. The efficiency of our method will be illustrated through the comparison with recent experiments on bulk materials and thin films. |
| 担当 | 木村昭夫 （理学研究科） |
第488回 物性セミナー
| 題目 | Putting a new spin on unoccupied electronic states |
|---|---|
| 講師 | Markus Donath (Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Germany) |
| 日時 | 2016年1月15日（金）16：30- |
| 場所 | 理学研究科C212 |
| 要旨 | Inverse photoemission provides experimental information on the unoccupied electronic states, which is complementary to that obtained by photoemission about the occupied states. The first experimental demonstration of inverse photoemission in the vacuum ultraviolet energy range in 1977 [1] was followed by an important add-on in 1982, the use of spin- polarized electrons [2]. This pioneering experiment opened the way to reveal the spin character of unoccupied electron states in ferromagnets [3]. In this seminar, I will describe the technical development of spin-resolved inverse photoemission with respect to efficiency as well as energy, momentum and spin resolution since the beginning until today [4]. I will give a review about important results obtained by this technique. For about three decades, exchange-split electron states of majority and minority spin character at ferromagnetic surfaces and in ultrathin films were the topics of interest. Recently, spin textures in momentum space caused by spin-orbit interaction in Rashba systems and topological insulators offer a new field of application for spin-resolved inverse photoemission [5]. I will present a selection of examples, from small and giant Rashba splittings to rotating spins, influenced by the specific symmetry of the system and the orbital character of the respective states. REFERENCES [1] V. Dose, Appl. Phys. 14, 117 (1977). [2] J. Unguris et al., Phys. Rev. Lett. 49, 1047 (1982). [3] M. Donath, Surf. Sci. Rep. 20, 251 (1994). [4] M. Budke et al., Rev. Sci. Instrum. 78, 083903 (2007); S.D. Stolwijk et al., Rev. Sci. Instrum. 85, 013306 (2014); A. Zumbülte et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 013908 (2015); C. Thiede et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 085101 (2015). [5] S.N.P. Wissing et al., New J. Phys. 15, 105001 (2013); S.D. Stolwijk et al., Phys. Rev. Lett. 111, 176402 (2013); S.N.P. Wissing et al., Phys. Rev. Lett. 113, 116402 (2014); S.D. Stolwijk et al., Phys. Rev. B 90, 161109(R) (2014); 91, 245420 (2015); H. Wortelen et al., Phys. Rev. B 91, 115420 (2015). |
| 担当 | 木村昭夫 （理学研究科） |
第487回 物性セミナー
| 題目 | デュアルフェルミオン法と2次元ハバードモデルの金属絶縁体転移 |
|---|---|
| 講師 | 田中 新 （先端物質科学研究科） |
| 日時 | 2015年12月22日（火） 16：20- |
| 場所 | 理学研究科C212 |
| 要旨 | 強相関電子系の電子状態を記述する方法として動的平均場近似が近年盛んに用いられている。しかし、動的平均場近似、あるいはその拡張であるクラスター動的平均場近似は、サイト内、あるいはクラスター内での相関を正しく扱うことができるが、長距離相関の効果を十分に考慮できているとは言いがたい。最近提案されたデュアルフェルミオン法では、動的平均場近似を拡張して摂動論的に長距離相関効果を取り入れる。この方法を用いたほとんどの先行研究では、連続時間モンテカルロ法を有効不純物アンダーソンモデルを解く方法として用いているが、本研究では、新たに開発したランチョス厳密対角化による計算手法を用いる。厳密対角化法は、低温領域を扱うのがモンテカルロ法に比べて容易であり、また、統計誤差の問題がないため、スペクトル関数等を精度よく計算できるのが特徴である。 本セミナーでは、動的平均場およびデュアルフェルミオン法と最近のこの分野の動向に関して概括し、本研究で用いた計算手法の紹介とその応用例として2次元ハバードモデルの金属絶縁体転移についてスペクトル関数（特に絶縁体ギャップ、擬ギャップ等）との関連において議論する。 |
| 担当 | 松村 武（先端物質科学研究科） |
第486回 物性セミナー
| 題目 | Functional On-Surface Supramolecular Architectures |
|---|---|
| 講師 | Thomas Jung （Group Leader Molecular Nanoscience Laboratory for Micro- and Nanotechnology Paul Scherrer Institute / Titularprofessor of Nanoscience the University of Basel, Switzerland） |
| 日時 | 2015年11月19日（木）16：30- |
| 場所 | 先端物質科学研究科 405N |
| 要旨 | Supramolecular chemistry – in analogy to life’s biochemistry – involves the self-assembly of complex functional architectures from specific molecular building blocks. Surprisingly supramolecular chemistry also works in two dimensions and in complete absence of solvents i.e. in the hands of surface scientists. Stability up to temperatures of a few hundred C, the addressability of individual functional units and the ability to control the dose of the different components in precise sub-monolayer fractions provide advantages of the such produced supramolecular architectures. The physics and chemistry of these unprecedented systems, which are addressable by scanning probes, and in parallel by photon probes using synchrotron light provide insight into novel materials in their assembly, their electronic and spintronic properties which emerge from the interaction of their components down to the scale of single atoms, molecules and bonds. [1] J. Lobo-Checa et al. Science 325, 300 (2009) |
| 担当 | 鈴木 仁 （先端物質科学研究科） |
第485回 物性セミナー
| 題目 | Tailoring of Spin-Split Metallic Surface States of 2D Alloys and Compounds on Silicon |
|---|---|
| 講師 | Alexander A. Saranin（Institute of Automation and Control Processes, Vladivostok, Russia） |
| 日時 | 2015年11月13日（金）16：30- |
| 場所 | 理学研究科C212会議室 |
| 要旨 | In the present study, we propose a strategy for tailoring the spin-split metallic surface states on. The main concept resides in taking the surfaces with spin-split non-metallic surface-state bands and by alloying them with suitable metals to obtain dense reconstructions with spin-split metallic bands. Validity of the approach is demonstrated with Bi/Si(111)√3×√3 alloyed with Na and Tl/Si(111)1×1 alloyed with Pb [1]. Recent results of the development of this approach are demonstrated on the formation of a number of 2D alloys and compounds on the Si(111) surface with metallic spin split states: (i) sandwichlike structure made of one monolayer of Tl and one monolayer of Sn on Si(111) [2], (ii) TlxBi1−x compound which represents a quasi-periodic tiling structures that are built by a set of tiling elements as building blocks and (iii) Si(111)2×2-(Au,Al) with unusual spin texture. We demonstrated that one atom layer Si(111)√3×√3-Tl,Pb exhibits a giant Rashba-type spin splitting of metallic surface-state bands together with two-dimensional superconductivity [3].
REFERENCES |
| 担当 | 木村昭夫（理学研究科） |
第484回 物性セミナー
| 題目 | 重い電子系超伝導体UBe13における風変わりな量子臨界的挙動と超伝導 |
|---|---|
| 講師 | 石井 勲（先端物質科学研究科） |
| 日時 | 2015年11月12日（木）16：30- |
| 場所 | 先端物質科学研究科 404N |
| 要旨 | 超音波実験では，弾性係数の実数成分である弾性率と，虚数成分である超音波吸収を測定できる。結晶のどの軸方向に，縦波と横波のどちらの波を入射するかによって様々な弾性モードを測定することができ，各弾性モードのふるまいから物質中の電子状態について知見を得ることができる。特に，超音波による歪みは対応する電気四極子と線形に結合する為，弾性率は電気四極子の感受率になっている。また，巨大振幅原子振動（ラットリング）を示す物質では超音波分散などの特徴的なふるまいがみられるものがあり，超音波実験は電気四極子やラットリングの良いプローブになっている。 これまで，充填スクッテルダイト，I型クラスレート，PrT2Zn20（T=Ir, Rh）などにおける電気四極子，ラットリング，磁性が絡み合った物性を中心に研究を行ってきた。本セミナーでは，超音波実験の原理・特徴や，これまでの研究結果を紹介する。また，これからの研究についても合わせて紹介したい。 |
| 担当 | 松村 武（先端物質科学研究科）・内線7021 |
第483回 物性セミナー
| 題目 | 重い電子系超伝導体UBe13における風変わりな量子臨界的挙動と超伝導 |
|---|---|
| 講師 | 井澤 公一（東京工業大学理工学研究科 教授） |
| 日時 | 2015年11月10日（火）16：20- |
| 場所 | 先端物質科学研究科 401N |
| 要旨 | これまで発見されてきた非従来型超伝導の多くは，基底状態が磁気秩序から（非磁性）フェルミ液体に移り変わる点，いわゆる量子 臨界点近傍で見出されている．この量子臨界点近傍では，強い磁気ゆらぎが存在し，異方的なクーパー対形成に重要な役割を果たしていると考えられている．さらにその磁気ゆらぎは，超伝導のみならず常伝導状態における非フェルミ液体と呼ばれる特異な臨界現象をもたらしている．それゆえ各物理量に見られる非フェルミ液体的挙動は，量子臨界点近傍における特異な電子状態や超伝導発現機構の理解の鍵となる現象として，長年に渡り数多くの研究が精力的になされてきた． 本セミナーで取り上げるUBe13も非フェルミ液体的挙動を示した後，低温で超伝導を発現するという点においては，一見他の非従来型超伝導体と同じようにみえる．しかし多くの非従来型超伝導体では非フェルミ液体といえどもある程度コヒーレンスが発達し準粒子が定義できる状況から超伝導に転移するのに対し，UBe13では伝導がコヒーレントになる前に超伝導が発現するという点において他の物質とは状況が大きく異なる．これはUBe13における超伝導及び常伝導状態が他の磁気量子臨界物質とは異なる機構によりもたらされていることを示唆している．第一世代非従来型超伝導体であるUBe13は，古くから多くの研究がなされているものの，これら超伝導および異常金属状態ともに未だよく理解されてはいない．本セミナーでは，最近我々が得た輸送係数の結果を紹介し，それをもとにUBe13における量子臨界的挙動と超伝導について議論する． |
| 担当 | 鈴木 孝至（先端物質科学研究科）・内線7040 |
第482回 物性セミナー
| 題目 | Unconventional magnetic order and dynamics in 1-2-10 compounds: a neutron scatter's view |
|---|---|
| 講師 | Jean-Michel Mignot（Laboratoire Léon Brillouin (CEA-CNRS), Saclay, France） |
| 日時 | 2015年10月22日（木） 16:30- |
| 場所 | 先端物質科学研究科 402N |
| 要旨 | The Ce "1-2-10" compounds, with formula CeT2Al10 (T: transition metal element Fe, Ru, Os), form a novel class of materials with challenging magnetic properties. Whereas a Kondo insulator (KI) behavior is clearly observed in the temperature dependence of their electrical resistivity below room temperature, as well as in their optical conductivity spectra, both CeRu2Al10 and CeOs2Al10 exhibit a quite unusual long-range antiferromagnetic state, whose high ordering temperature (T0 = 27.3 and 28.7 K, respectively, as compared to only 16.5 K in GdRu2Al10), weak ordered moment, and paradoxical anisotropy are difficult to reconcile with conventional views of KIs. A general survey will be given of results obtained by a variety of neutron scattering techniques, especially regarding the relationship between the aforementioned static AFM order and the magnetic excitation spectra obtained from inelastic, unpolarized as well as polarized, neutron experiments. In the absence of AFM order, the low-temperature spectra measured for CeFe2Al10 exhibit a “spin-exciton”-like component reminiscent of archetype KI compounds like SmB6 or YbB12. Further insight gained from studying the evolution of the magnetic response in Ru-Rh solid solutions, or upon the application of a magnetic field, will also be discussed. |
| 担当 | 世良 正文（先端物質科学研究科）・内線7020 |
第481回 物性セミナー
| 題目 | Spin and valley physics in ferroelectric low-dimensional systems and transition-metal oxide heterostructures |
|---|---|
| 講師 | Paolo Barone （CNR-SPIN, Italy） |
| 日時 | 2015年10月23日（金） 16:30- |
| 場所 | 先端物質科学研究科 402N |
| 要旨 | Technological advances in future electronics and the design of next-generation devices strongly rely on the investigation of internal quantum degrees of freedom of electrons beside electron charge. Electron spin represents the most-studied case due to its obvious connection with magnetic information storage and to the possibility to design spintronic devices based on spin-splitting phenomena and spin-polarized transport. Another potentially appealing binary degree of freedom has been identified as a valley pseudospin, labeling the degenerate energy extrema in momentum space, which could be used to process information in valleytronics devices. The research in this field has been boosted by the recent discovery of hexagonal 2D materials, such as graphene and transition-metal dichalcogenides, displaying valleys at the corners (K points) of the Brillouin zone. Intrinsic physical properties associated with valley occupancy, such as valley-contrasting magnetic moment, valley Hall effect and valley-selective circular dichroism, emerge only when space-inversion is broken, a condition needed also for the appearance of spin-splitting phenomena driven by the spin-orbit interaction; as such, valley physics could in principle be tuned and manipulated in ferroelectric materials, analogously to what has been recently proposed in Ferroelectric Rashba Semiconductors. I will discuss this possibility in two classes of materials, namely i) in trigonal AB binary monolayers, where A,B belong to group IV or III-V elements, possessing a buckled graphene-like structure and ii) in perovskite oxide heterostructures grown in the [111] direction, where bilayered nanostructures with a similar honeycomb geometry can be realized. By means of a combined ab-initio DFT and model-Hamiltonian approach, I will discuss the coupling of spin and valley physics, their interplay with ferroelectricity and the possible coexistence/interplay with Rashba-like effects that are expected to emerge in such noncentrosymmetric materials. |
| 担当 | 獅子堂 達也 (先端物質科学研究科) |
第480回 物性セミナー
| 題目 | 収束電子回折による局所結晶構造・静電ポテンシャル分布解析法の開発と強誘電体への応用 |
|---|---|
| 講師 | 津田 健治（東北大学 多元物質科学研究所 先端計測開発センター） |
| 日時 | 2015年10月9日（金） 16:30- |
| 場所 | 理学研究科C212会議室 |
| 要旨 | 収束電子回折 (Convergent-beam electron diffraction：CBED) 法は, 透過型電子顕微鏡でナノメーターサイズに収束した電子線を用いて電子回折図形を得る手法である．X線・中性子回折による通常の結晶構造解析法と比較して，CBED法の大きな特徴は，試料のナノサイズの局所領域の構造情報，および静電ポテンシャル分布が直接得られる点にある．われわれは，CBED法を用いた局所結晶構造・静電ポテンシャル分布の解析法の開発に長年取り組んできた．さらに最近，CBED法と走査透過型電子顕微鏡 (STEM) 法とを組み合わせたSTEM-CBED法により，強誘電体の局所構造のナノスケールの空間的揺らぎをマッピングして，巨視的物理量との相関を調べる試みを行っている． 本セミナーでは，CBED法による局所結晶構造・静電ポテンシャル分布解析法と，その強誘電体への応用について紹介する．また，電子回折トモグラフィー(EDT)など，電子線結晶学の最近の動向についても合わせて紹介したい．
CBED法についてのレビュー： |
| 担当 | 森吉 千佳子（理学研究科） |
第479回 物性セミナー
| 題目 | 半導体の歴史と技術動向 |
|---|---|
| 講師 | 江本 知正（パインリーフコンサルティング代表， 元 日本テキサス・インスツルメンツ(株)技術戦略企画統括部長） |
| 日時 | 2015年4月23日(木) 16:30- |
| 場所 | 理学研究科C212会議室 |
| 要旨 |
ショックレーがトランジスタを発明して60年、またキルビーがIC（集積回路）を発明して55年あまり、半導体技術はシリコン単結晶基盤上にさまざまな素子を集積し電子回路を形成することで大きな進歩を遂げ、現代のあらゆる産業に革新的な影響を及ぼしてきた。自動車は長く内燃機関を推進力としてきたが、電子制御されたモータを推進力としたセンサによるネットワークを駆使した乗物に変貌を遂げようとしている。1965年にムーアによって提唱された「ムーアの法則」（電子回路の集積度は1年に2倍の割合で増える）は経験則として半導体技術、特に微細化技術を牽引する指標となってきたが、2009年頃から微細化に限界が見られるようになってきた。これは、微細化そのものが物理的に、また経済的に困難になってきたことに起因している。一方でMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）やセンサが半導体技術を応用して形成できるようになり、無線技術の進歩と相まって電子回路をネットワークでつなぐ（Sensor Networking System）ことでシステム全体を構築する時代となった。半導体産業は力づくで微細化を追求する時代から、さまざまな素子や材料技術を融合してシステム全体での最適化を考える時代に入ったと言える。
引用文献 |
| 担当 | 森吉 千佳子（理学研究科） |
第478回 物性セミナー
| 題目 | La displacement driven Double-exchange like mediation in Titanium dxy ferromagnetism at the LaAlO3/SrTiO3 |
|---|---|
| 講師 | S. H. Sonny Rhim（Department of Physics and EHSRC, University of Ulsan） |
| 日時 | 2015年4月8日（水） 16：30- |
| 場所 | 先端物質科学研究科 402N |
| 要旨 |
The epitaxial atomistic interfaces of two insulating oxides, LaAlO3 (LAO)/SrTiO3(STO), have attracted great interest owing to rich emergent phenomena [1,2] such as interface metallicity, thickness dependent insulator-metal transition, superconductivity [3], ferromagnetism [4] and even their coexistence.[5] However, the physics origin of ferromagnetic ordering in the n-type LAO/STO interface is in debate. Here we propose that the polar distortion of La atom can ignite the ferromagnetism at the interface even without oxygen vacancy. The induced hybridization between La dz2 and O px,y states can mediate double-exchange like interaction between Ti dxy electrons. We further suggest that the structural and electrical modification of the outermost surface of LAO or switching the polarization direction of ferroelectric overlayers on LAO/STO can promote such La displacement. 1. A. Ohtomo and H. Hwang, Nature 427, 423 (2004). |
| 担当 | 獅子堂達也（先端物質科学研究科） |
