Masato SAKANO (坂野 昌人)

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 138900000, indirect: 41670000)
学術変革領域（A)「２.５次元物質科学」において、本分析班（A03班）の役割は、２.５次元物質で発現する特異な構造や電子状態の解明に資する分析手法や技術を開発し、その学術の発展を支えることにある。具体的には、本班が供する先端分析技術やそこから明らかとなる学術的知見を通して、集積化を含む物質創製や新奇物性、機能創出によるデバイス応用研究などを支援するとともに、「２.５次元物質科学」の基盤となる分析科学の学理を担う事を目的としている。
昨年度に引き続き、２.５次元物質の研究に資する先端光学などの分析手法の高度化を進めた。特に、二次元物質を積層した際に生じるモアレ構造などの特異な系を対象として、第二高調波発生、極低温発光分光、時間分解分光などの先端光学手法が可能な装置群を広く整備し、領域内外の共同研究に供した。また、X線回折技術として、グラフェンインタカレーションのその場観察実験を開始した。SPring-8の薄膜Ｘ線回折のビームラインで最初の回折実験を行った。その結果を基に、次回以降の実験計画を策定した。加えて、10マイクロメートルサイズのデバイスの構造評価が領域内で重要であることがわかってきたため、その実験を行うための調査を進めた。電子顕微鏡技術および分光技術に関して、可視光領域の吸収スペクトルを角度分解能をもち測定する技術の応用に着手した。それによって、単層グラフェンのギャップやπ励起の分散関係の情報が実験的に得られつつある。角度分解光電子分光を用いたバンド構造の精密測定手法の確立によって、対称性の変化や層間距離の増大に伴う電子構造の変化といった２.５次元物質に特有な物性現象を観測することに成功した。また、電子回折およびX線回折を用いた結晶構造の超高速変化の観測や精密構造評価を行うことによって、電子構造と結晶構造を相補的に分析する技術の開発に取り組んだ。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 13900000, indirect: 4170000)
In this study, we developed a micro-focused laser angle-resolved photoemission spectroscopy system that enables to measure of small (~0.01 mm) samples and a sample fabrication procedure for direct observation of electronic structures in van der Waals heterostructures prepared by a mechanical exfoliation and dry-transfer technique. Using these techniques, we have observed novel electronic structures in transition metal dichalcogenide few-layer materials and twist-stacked materials, which do not appear in bulk crystals, and reveal their origins.

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 特別研究員奨励費, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3300000, indirect: -)
本年度は、主に下記の3テーマについて、角度分解光電子分光法（ARPES）を用いた強いスピン軌道相互作用と空間反転対称性の破れが創るスピン分裂バンド構造の直接観測と、第一原理バンド計算を基にした微視的機構の解明を目指して、研究を行った。
1.レーザーARPES装置の改良と汎用化 望遠レンズ付きの高感度カメラを用いて2方向から測定試料をリアルタイム観測することによって、~0.1mm程度の試料でも、高精度にフェルミ面の測定を行うことが可能となった。装置性能の評価を行った結果、角度分解能< 0.2度、 偏光度>99%、および測定試料上のレーザーのスポット径~0.1mmを達成した。
2.極性半金属MoTe2におけるトポロジカルバンド構造の研究 MoTe2は低温相において、スピン偏極したアーク状のトポロジカル端状態が存在することが示唆されている。本研究では、自ら開発を進めてきたレーザーARPES装置を用いて、極性を有する結晶構造の表と裏において、異なるトポロジカル端状態が形成されていることを明らかにした。
3.PdBi2における超伝導状態の研究 東大物性研辛研究室と共同研究を行い、低温(~1K)まで到達可能なレーザーARPES装置を用いて、バルクとトポロジカル表面バンドの超伝導状態の電子状態を精査した。転移温度以下において、トポロジカル表面バンド構造においても、フェルミ準位の状態密度が減少し、超伝導ギャップが開く様子が観測された。
本研究課題を通して、当初想定していた極性半導体という範疇を大きく超えて、超伝導体を含む多様な物質において普遍的に存在するスピン軌道相互作用の役割やトポロジカルな性質を明らかにすることに成功した。さらに、所属研究室において1meVを切る高分解能測定が可能なレーザーARPES装置を定常運転化に至らせ、様々な物質の電子構造の高精度・短時間測定を可能にさせた。