課題番号 ：S-16-MS-0055
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：微小ギャップ半導体のバルク電子構造
Program Title (English) ：Bulk electronic structure of small-gap semiconductor
利用者名（日本語） ：大坪嘉之1),2), 岸潤一郎2), 木村真一1),2)
Username (English) ：Y. Ohtsubo1),2), J. Kishi2), S. Kimura1),2)
所属名（日本語） ：1) 大阪大学大学院生命機能研究科, 2) 大阪大学大学院理学研究科
Affiliation (English) ：1) Graduate School of Frontier Bioscience, Osaka University,
2) Graduate School of Science, Osaka University.

１．概要（Summary ）
SmB6, YbB12等の希土類硼化物は室温では金属であるが、低温では金属的な遍歴電子と局在性の強い希土類元素の4f電子が近藤効果により混成することにより微小バンドギャップの開いた絶縁体相へと転移することが知られている（近藤絶縁体）。近年、この近藤絶縁体が同時にバルク電子状態の対称性により保護されたトポロジカル絶縁体相であるという理論的な予測が行われ、盛んに研究が行われている。トポロジカル絶縁体としての性質は結晶表面近傍の電子状態に現れるため、理論・実験両面から近藤絶縁体の表面電子状態に注目が集まっていた。
本課題では上述のトポロジカル近藤絶縁体候補物質であるSmB6単結晶の(111)表面について、表面原子構造清浄化の予備実験を行った。SmB6表面電子状態については、単結晶の劈開面である(001)表面において既に多くの研究が行われていたが、別の結晶方位で表面電子状態を測定することで、表面電子状態のトポロジーに由来する特性を明らかにできると期待された。

２．実験（Experimental）
本課題では「機能性材料バンド構造顕微分析システム」を利用し、(111)面について研磨したSmB6単結晶を超高真空下で1600 K まで加熱することにより結晶表面の清浄化を試みた。清浄化の成否については測定装置に設置された低速電子回折装置により評価した。
本実験は連続して行われた分子研UVSORにおける角度分解光電子分光(ARPES)実験のための予備実験として、試料清浄化条件の特定を目的として行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
低速電子回折実験により、バックグラウンドが低く、鋭い回折スポットが得られた。回折スポットは(111)清浄面について予想される３回の回転対称性を示した。これらの結果は原子レベルで清浄かつ概ね平坦な清浄面がたしかに得られたことを示唆している。
続いてUVSORで行われたARPES実験により、SmB6(111)表面電子状態を明瞭に観測することができた。

４．その他・特記事項（Others）
本研究は分子研所員の田中清尚准教授、山根宏之助教、出田真一郎助教との共同研究であり、上記所員の皆様との緊密な協力により初めて可能になったものです。ここに謝辞を述べさせていただきます。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) K. Hagiwara, Y. Ohtsubo, S. Kimura et al., Nature Communications vol. 7 (2016) p.p.12690.
(2) 萩原健太、大坪嘉之、岸潤一郎、竹野祐輔、山下雄紀、出田真一郎、田中清尚、伊賀文俊、木村真一、日本物理学会第７２回年次大会　平成29年3月18日

他

６．関連特許（Patent）
なし