1 概要
東 大学大学院理学研究科 佐藤 宇 教授 大学材料科学高等研究所
高橋 隆教授 古屋大学大学院理学研究科 山影 相助教 大学大学院 学
研究科 岡本 佳比古准教授 高 加速器研究機構 KEK 組頭広志
教授 研究 放射光 用い 光電子分光実験 こ 見
い
注
絶縁体 異 結晶自身 持 鏡映
対称性 特徴 新 いタ 絶縁体 発見
こ 発見 現在 精力的 研究 進 い 物質 幾何学
基 物質科学 発展 新型 絶縁体
用い 高効率 世代電子 ン
注
バ 開発へ道 開
本成果 成30 1 9日 英国時間 英国科学 Nature系列 専門 npj Quantum Materials ン ン速報版 公開
研究 背
物質 部 バ 電流 流 い絶縁体 あ 対 そ 表面
特殊 金属状態 示 絶縁体 大 話題 い
絶縁体 表面 限 質 持 通 電子 全 異
質 性質 持 電子
注
図1 呼 特殊 電子
伝 担 い こ 電子 物質中 通 電子 格
段 動 や い上 不純物 邪魔 い いう際立 性質 持 黒鉛
厚 原子分 薄 ン
注
い 見 こ 以前
ミラー対称性による
新型
ポロ
カル絶縁体を発見
知 い 最近 表面 バ 自身 電子 包
絶縁体 発展版 言え 半金属 や ワ
半金属
注
い 物質 々 発見 電子 超高
移動度 性質 利用 新 い 子現象や電子 バ 提案 実証
進 い
こ 電子 バン 交差点 点 点
型 図1a,b 線 線 型 図1c 存在 こ 理
論的 予測 い こ 発見 ほ 物質
点 型 あ 線 型 電子 持 物質 ほ 見
い 線 型 電子 点 型 大幅 異
子力学的性質 こ 理論的 提案 い 実験的 検証 例
殆 あ こ 線 型 電子 観測 こ 実験
的 困難 こ 一因 あ 最近 結晶構造 Ca 銀Ag
ンP As 持 CaAgX X= P,As 図2 いう物質 線
電子 持 こ 古屋大学 研究 理論計算 実験
予測 そ 実証 強 待 望 い
研究 容
今回 東 大学 古屋大学 KEK 共 研究 CaAgAs 図2
高品質単結晶 作製 KEK 放射光科学研究施設 ン PF
い 軟 線 外部光電効果
注
利用 角度分解光電子分光
注
いう手法 用い そ 状態 高精度 決定 図 3
そ 結果 こ 物質 線 電子 包 新種
絶縁体 あ こ 初 明 図 4 研究チ
こ 線 型 電子 結晶 持 対称性 鏡映対
称性：結晶構造 鏡 対 対称 性質 安定 い こ 明
対称性 電子 安定
ン Bi2Se3 や Bi2Te3 知 絶縁
体 無い性質 あ 結晶 対称性 新型 物質探 鍵
こ 示 今回 実験 ポ ン し 挙 通常用
い 紫外線 く 放射光 波長 短い軟エッ 線を用い
物質内部 ラッ 電子 可視化 成功した点 す 今後 高輝度軟エッ 線を
用いた ポロ ル物質 実証 急速 進展す 期待さ ます
今後 展望
今回 研究 対称性 保護 線 型 電子
包 物質 存在 こ 実験的 確立 今
対称性 結晶 対称性 特徴付 新 い 物質
探 進 通常 絶縁体 発現 得 い 子現象 探 や
高効率電子 バ へ 応用 向 研究 大 進展 こ 期待
本成果 科研費新学術領域研究 物質科学 ン
領域代表者：川上 則雄 科研費基盤研究 A 角度分解光電子分光
原 子 層 薄 膜 超 伝 ン 軌 道相 互 作 用 研究 研究 代 表 者 ：佐藤
宇 科研費挑戦的萌芽研究 電子 3d バン 伝
体 熱電変換応用 研究代表者：岡本 佳比古 科研費若手研究 B
半金属 探 子輸送理論 研究代表者：山影 相 KEK PF共
利用実験課題 得
用語解説
注1 相幾何学的
コ 連続的 変形 形 こ
型 こ こ う 連続的 変 変わ
い性質 探 こ 図形 本質 探 数学 分 こ いい
や直線 論理的 置関係 構成 従来 幾何学 対
やわ い幾何学 呼 ここ最近 こ 考え方 物質中 電子
状態 応用 こ バ 物質 部 絶縁体 あ 表面
電子状態 絶縁体 新物質 発見 そ
研究 大 進展 い 物質 特徴 物質
変 う こ い限 格子 陥や不純物 運動
阻害 い電子状態 発現 こ 知 い 物質 中 ワ 粒
子 そ う 電子状態 一種
注2 ン
電子 磁気的性質 あ ピンを利用し 動作す 全く新しい電子素子 ラン
や ー を実現す 技術分 す 電子 ピン 向 ／ 向 状態
を 電気信号 0 1 置 換え 信号処理を行います 電子 ピン 応答 早く
熱エネル ー 発生 非常 少 い を利用した ピン ロニ 素子 超
高速 超低消費電力 次世代電子素子 最有力候補 さ います
注3 電子
今 約80 前 英国 物理学者 1933 物理学賞 提
唱 相対論的効果 入 方程式 従う粒子 こ 指
こ う 状態 あ 電子 非常 動 や い上 半整数 子 効
果 通常 電子系 異 子効果 示 いう特徴 あ
電子 こ ンや 絶縁体 表面 そ 存
注4 ン
炭 蜂 巣 う 6 角形 網 目状 状 物質 黒
鉛 非常 薄 剥 得 こ
ン 電子 コ ン 図 1a 呼 特殊 電子状態
運動 関係 持 そ 結果 方程式 記述 運動
従い こ 物質 電子 あ 質
非常 い粒子 う 振 舞い 物質 陥 散乱
い いう性質 持 い そ ン 高い電気伝 性や熱
伝 性 示 非常 少 い電力 動作 超高速電子 バ へ 応用
展開 い
注5 ワ 半金属
ワ 粒子 包 半金属 こ 方程式 注3参照 い
質 得 粒子 半整数 ン 粒子
電子 そ 一種 こ 1929 理論物理学者 ン ワ
提唱 粒子 ワ 粒子 見
ュ そ 力 候補 ュ 振動 観測 2015
物理学賞 近 そ 可能性 い 考え い 真空
中 ワ 粒子
注
巻 巻 永久 保 い
う性質 持 物質中 ワ 粒子 異 二 粒子
必 発現 そ 互い 衝突 い限 質 持 こ あ
注6 外部光電効果
物質 紫外線や X 線 照射 物質 表面 電子 放出 現象
物質外 放出 電子 光電子 呼 こ 現象 1905
ン ュタ ン 光 子仮説 理論的 説明 ン ュタ
ン こ 業績 物理学賞 賞 い
注7 角度分解光電子分光
結晶 紫外線や X 線 照射 こ 放出 光電子 や
運動 角度 測定 そ 電子 元々い 物質中 電子 状態
物質 電子状態 分 こ 原理 利用 解析手法
注8)
あ 現象 そ 鏡像 一 い う 性 質 こ
専門的 ン 運動 方向 関係性 相対論的 一般
概念 こ 指 ン 自転運動 対応 ン 向 運動
巻 逆 巻 2種類 あ
質 あ 粒子 巻 巻 状態 混
い ワ 粒子 う 質 粒子
論文情報
Observation of Dirac-like energy band and ring-torus Fermi surface associated with the nodal line in topological insulator CaAgAs
D. Takane, K. Nakayama, S. Souma, T. Wada, Y. Okamoto, K. Takenaka, Y. Yamakawa, A. Yamakage, T. Mitsuhashi, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Takahashi, and T. Sato,
npj Quantum Materials 3, 1 (2018). DOI： 10.1038/s41535-017-0074-z
URL： https://www.nature.com/articles/s41535-017-0074-z
2018 1 9日19時公開解禁 日本時間
参考図
(a) (b) (c)
図1：点 型 粒子 a 半金属 b ワ 半
図 2： a CaAgAs 結晶構造 赤点線 結晶 面 鏡映面 面 CaAgAs 線 型 電子 実現 必要
b CaAgAs純良単結晶 古屋大学 作製 顕微鏡写真 白矢印 結
晶 c軸方向 試料表面 坦部分 軟X線 照射 放出 光
電子 観測
図3：軟 X 線角度分解光電子分光 概念図 物質 高輝度軟 X線を照射し 放出
さ た光電子 エネ ル ー 運動 を精密 測定す ､物質 電子状態
(a) (b)
図４： a 角度分解光電子分光 っ 得 たCaAgAs 光電子強度 バン 理論
計算結果 赤線 を た ラッ 電子 直線的 バン 分散
観測さ 理論 実験 良い一致 見
