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次世代技術の芽と新しい物理をつくる

早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 物理学科・応用物理学科

多彩な実験技術を駆使して切り拓く表面・界面物理学の世界

表面物理

[English]

高山 あかり  [准教授]
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専門分野  表面物理学
研究テーマ・研究活動
薄膜, 表面, 界面, ARPES, STM, 伝導測定

2008年 福島大学 教育学部 卒業
2010年 東北大学大学院 理学研究科物理学専攻修士課程 修了
2010-2013年 日本学術振興会特別研究員(DC1)
2013年 東北大学大学院 理学研究科物理学専攻博士課程 修了
博士(理学)
2013-2014年 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構
日本学術振興会特別研究員(PD)
2014-2018年 東京大学 大学院理学系研究科物理学専攻 助教
2018年- 現職

 物体の端っこである「表面」は、3次元の「結晶」とは全く異なる性質を持つことがあります。「結晶」は、原子が3次元空間において周期性を持って並んだ状態を指しますが、物事には必ず終わりがあるように、どんな物体も必ず端っこ、つまり「表面」が存在します。「表面」では、原子の並びの周期性が破られてしまうので、結晶の性質を理解するには邪魔なものとして扱われていました。しかし、様々な実験装置の開発が進み、表面に着目した研究が行われたことで、表面では、結晶とは異なる2次元の周期性をもつこと、表面特有の物理現象が起きることなどがわかってきました。2次元である表面や界面、1次元であるエッジ、0次元のドットなど、低次元系でおこる不思議な物理現象は、まだまだ未解明なことがたくさんあり、私たちの研究分野では様々な実験手法を用いてその詳細に迫ります。

 また、最近では、結晶表面に別の元素の原子を結合させて人工的に作成した「表面超構造」や「原子層物質」の研究も盛んに行われています。2010年ノーベル物理学賞の研究対象であるグラフェンは、3次元結晶であるグラファイトを限界まで薄くした2次元の原子層物質で、高易動度・高柔軟性・高安定性などの点から注目を集めています。鉄とセレンの化合物であるFeSeは、3次元結晶では7.2Kで超伝導に転移しますが、 SrTi03基板の上に1層だけ成長させることで超伝導転移温度が100Kを超えることが報告されています。2016年ノーベル物理学賞の理論が元になったトポロジカル絶縁体は、3次元結晶部分は絶縁体であるが2次元表面部分は金属、といった不思議な性質を持っています。

 物質の性質(物性)は、電子の動きが深く関わっているので、電子がどのように動いているのかがわかれば、物性を理解することができます。また、どのような物性を持つかを調べることも重要です。もちろん、原子がどう並んでいるのかも詳しく知る必要があります。私たちの研究室では、低次元物質を創る・見る・測る・理解するをモットーに、走査トンネル電子顕微鏡や光電子分光、電子・陽電子回折などの様々な実験手法を駆使して、低次元物性の解明を行います。

Akari Takayama [Associate professor]
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research field Surface Physics
research keywords
Thin film, Surface, Interface, ARPES, STM, Transport
Surface Science

A surface, which is the edge of an object, have different properties from three-dimensional (3D) crystal. A crystal is a solid material whose constituents (such as atoms, molecules, or ions) are arranged in a highly ordered microscopic structure in three-dimensional axes. But every cystal always has its edge, namely surface, as always there is an end in things.In the surface, the periodicity of crystal is broken, so it was treated as an obstacle to understanding the properties of crystals. In recent years, many researches which focus on surface perfomed since various experimental machines have developed.

-Graphene, which is the thinnest graphite, is garnering attention from the viewpoint of high mobility, high flexibility, and high stability.
-FeSe, a compound of iron and selenium, been reported that the superconducting transition temperature is above 100 K by growing one-layer on the SrTiO3 substrate, although the 3D bulk cystal becomes to superconductivity at 7.2 K.
-The topological insulator is known as an insulator in its interior but whose surface contains conducting states.

We can understand the physical properties if we know how the electronic properties. It is also important to investigate physical properties. Of course, we need to know surcase structure. In our laboratory, To clarify the physical properties in low-dimentional system, we perform various experiments by using scanning tunneling electron microscope, photoelectron spectroscopy, electron / positron diffraction, and so on.

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