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METHOD AND DEVICE FOR EVALUATING TOPOLOGICAL INSULATION FROM SOLID SPIN CHARACTERISTICS

Foreign code F180009370
File No. (S2016-1074-N0)
Posted date Apr 19, 2018
Country WIPO
International application number 2017JP027375
International publication number WO 2018042971
Date of international filing Jul 28, 2017
Date of international publication Mar 8, 2018
Priority data
  • P2016-167744 (Aug 30, 2016) JP
Title METHOD AND DEVICE FOR EVALUATING TOPOLOGICAL INSULATION FROM SOLID SPIN CHARACTERISTICS
Abstract In the present invention, a femtosecond pulsed laser 4 is irradiated onto the surface of a solid sample 8 of a topological insulator as excitation light while the polarization state is changed through the rotation of a quarter-wave plate 6; a reverse Faraday effect or reverse Cotton-Mouton effect is induced on the surface of the solid sample 8; through the measurement of the quarter-wave-plate-angle dependency resulting from the effect, localized spin states on the surface of the solid sample 8 and surface band states are evaluated for a topological insulator, or the like; and topological insulation is evaluated.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Are considered to be applied to spintronic topological insulator, Te or Sb as a main component referred to as a chalcogen compound mainly and, in the topological surface of the insulator, the band structure on the surface of the spin current flows. This is a technique to measure the spin current, with some reported in the literature.
For example, the polarization state of the laser light for pumping the change of the intensity of the spin current can be measured, and the evaluation of the topological insulator (see Non-Patent Document 1).
On the other hand, the scanning tunneling microscope (STM) and, the angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) by, in a topological insulator band, gap (Eg) of the evaluation has been carried out, a topological insulator (Topological insulator: TI) (Eg=0) and a conventional insulator (Eg ≠0) (Normal insulator: NI) and can be distinguished, in particular, the film thickness occurs depending on the, the quantum phase transition TI⇔NI becomes possible to observe the (non-patent document 2, see Non-Patent Document 3).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
励起光としてフェムト秒レーザーパルスを、λ/4波長板を回転させることで偏光状態を変化させトポロジカル絶縁体の固体試料である固体表面に照射し、固体表面に、逆ファラデー効果及び逆コットン・ムートン効果の両方又は一方を誘起せしめ、
該効果に基づいて生じるλ/4波長板回転角依存性を計測することにより、トポロジカル絶縁体等における固体表面に局在するスピン状態の評価と表面バンド状態の評価を行い、トポロジカル絶縁性を評価することを特徴とする固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項2]
λ/4波長板回転角依存性は、コヒーレントスピン又は磁化Mとバンド構造を、フェムト秒レーザーパルスに対して時間遅延をつけた検出光であるプローブパルスを、不透明な固体試料である固体に照射し、その反射光によって磁気光学効果を利用してカー回転角を検出することにより評価することを特徴とする請求項1に記載の固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項3]
カー回転角によって、検出フェムト秒レーザーパルス照射後、1ピコ秒以内の超高速時間に現れる逆ファラデー効果又は逆コットン・ムートン効果により過渡的に誘起された磁化Mに伴うスピンを検出することを特徴とする請求項2に記載の固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項4]
λ/4波長板回転角依存性は、コヒーレントスピン又は磁化Mとバンド構造を、フェムト秒レーザーパルスに対して時間遅延をつけた検出光であるプローブパルスを、透明な固体試料である固体に照射し、該照射の透過光によって透過型のファラデー回転角を検出することにより、評価することを特徴とする請求項1に記載の固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項5]
逆ファラデー効果は、フェムト秒レーザーパルスを円偏光にして固体表面に照射することで誘起することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項6]
逆コットン・ムートン効果は、フェムト秒レーザーパルスを直線偏光にして固体表面に照射することで誘起することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項7]
カー回転角又はファラデー回転角のλ/4波長板回転角α依存性を計測することによって、Lは逆コットン・ムートン効果によるカー回転を表す振幅とした場合に、Lsin4α成分の有無を測定することを特徴とする請求項2~5のいずれかに記載の固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法。
[請求項8]
励起光としてフェムト秒レーザーパルスを、λ/4波長板を回転させることで偏光状態を変化させてトポロジカル絶縁体における固体表面に照射し、固体表面に、逆ファラデー効果及び逆コットン・ムートン効果の両方又は一方を誘起せしめ、
該効果に基づいて生じるλ/4波長板回転角依存性を計測することにより、固体のスピン特性からトポロジカル絶縁性を評価する方法及び装置であって、
フェムト秒パルスレーザーからのビームを励起光と検出光の2つに分割する分割装置と、励起光の偏光状態を変化させるλ/4波長板と、検出光をp偏光させるp偏光板と、固体試料から反射された検出光をさらに反射するミラーと、ミラーからの反射光を縦偏光と横偏光に分波に分波する偏光ビームスプリッターと、縦偏光と横偏光をそれぞれ検出する光検出器と、を備えていることを特徴とするトポロジカル絶縁性を評価する装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • UNIVERSITY OF TSUKUBA
  • NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • Inventor
  • HASE Muneaki
  • MONDAL Richarj
  • AIHARA Yuki
  • SAITO Yuta
  • TOMINAGA Junji
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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