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第154回先端計測オープンセミナー
スピン・角度分解光電子分光で解明する光スピン制御
矢治光一郎 主任研究員、シンクロトロンX線グループ

2020年6月16日 (火) 11:00-12:00

会場/Venue:

千現地区 研究本館8階 中セミナー室
※NIMS職員以外は、オンライン聴講のみ可能です。
Sengen Main Bldg. 8F Middle Seminar Room
※Non-NIMS staff can only participate online.

オンライン/Online

オンラインでの聴講希望の場合は、前日までに運営室にメールでお申し込みください。
For online participation, please apply by email to Administration Office by the day before.
※講演の録画・録音は禁止です。
※Audio and video recordings are prohibited.

講演者/Speaker:

矢治光一郎 主任研究員、シンクロトロンX線グループ
YAJI Koichiro, Senior Researcher, Synchrotron X-ray Group

表題/Title:

スピン・角度分解光電子分光で解明する光スピン制御
Optical spin control revealed by spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy

講演要旨:

強いスピン軌道相互作用によりスピン偏極した電子のスピン方向はその運動量によって決まる。本研究ではレーザーを用いたスピン・角度分解光電子分光によりBi 及びBi2Se3 のスピン偏極表面状態から光励起された電子のスピン構造を調べた。その結果、p 偏光とs偏光では観測されるスピンの向きが反転することを見出した。これは対称・反対称な軌道波動関数を持つ電子は互いに反対向きのスピンと結合し、系の電子状態はこれらの線型結合で表されることを意味する。また、入射光の偏光を操作し上向きスピン電子と下向きスピン電子を同時励起すると、光励起過程におけるスピン干渉によりスピンベクトルの向きを自在に制御できることを実証した。

In the standard model of strongly spin-orbit coupled (SOC) systems, such as topological insulators, the "total" spin is locked to the momentum of an electron. In the present study, we have investigated the SOC surface states of Bi and Bi2Se3 with spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy using a vacuum ultraviolet laser. The observed spin polarization was inverted upon switching the light polarization from p to s. This indicates that the electronic states are described as the linear combination of symmetric and anti-symmetric states coupled to mutually opposite spins. Moreover, rotating the electric-field vector of the incident linearly polarized light leads to simultaneous excitation of the symmetric and anti-symmetric states, resulting in the three-dimensional spin-vector rotation in the photoemission process due to the spin interference. We demonstrated that the use of the polarization-variable laser offers optical spin control of photoexcited electrons.
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