Non-Trivial Metallic Surface State of a Kondo Semiconductor

近年,電子の強い相関と強いスピン軌道相互作用の協奏効果により現れる新たなトポロジカル物質(トポロジカル近藤 絶縁体 :TKI)が理論的に予測されている。TKIの候補として,SmB6(001)が理論,実験の両面から精力的に研究されているが, その金属的な表面状態の起源については今なお結論が得られていない。今回我々は,別の TKI候補物質 YbB12を角度分解 光電子分光測定し,表面金属状態を観測した。この表面状態は,バルクと同様に,近藤効果による温度依存性を示したが, 低温でバルクは絶縁体であるにも関わらず,表面状態は依然金属的であった。また,表面ブリルアンゾーンの Γ点を中心 に閉じたフェルミ面を形成しており,これらの特徴は TKIとしての必要条件を満たすものであった。 属状態は巨大ラシュバ分裂に由来する自明なものであると の報告 [14]もあり,金属状態の起源ついて結論は得られ ていない。従って,近藤絶縁体の表面金属状態に関する新 たな知見を得るため,別物質の研究が重要であった。 YbB12は Fig. 1 (a)に示すような NaCl型の結晶構造を持 つ典型的な近藤絶縁体である [15]。光学伝導度スペクトル [16]では,フェルミ準位上に 40 meVのギャップが観測さ れている一方,角度 “積分” 光電子分光では低温でフェル ミ準位上に擬ギャップが開くものの,0でない状態密度観 測されている [17]。このフェルミ準位上の状態密度は表面 が金属状態にあることに由来すると考えられ,電気輸送測 定 [18]によっても確かめられている。さらにこの金属的 な表面伝道の起源がトポロジカル表面状態であるという予 測もある [19]。 しかしながら,YbB12のバンド構造は角度分解光電子分 光(ARPES)のような運動量を分解した測定は極めて限 られている [20]。その理由は,通常行われている劈開法で は清浄表面を得られないからである。今回,我々は YbB12 の清浄化方法を確立し,ARPES測定を行うことに成功し たのでここに報告する。 本稿では,近藤絶縁体 YbB12(001)清浄表面上の表面状 態及びその温度依存性について議論する。観測された表面 状態は kz方向の分散がなく,表面局在性を示した。また ‐