Research Project
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
トポロジカル物性研究は幅広い分野から注目を集めている。特に、量子コンピュータを通じて実社会への恩恵が期待されるマヨラナ粒子の創発は、宇宙に潜むダークマターとの関連や、その予言後すぐに消息を絶ったイタリアの物理学者に関する歴史的ドラマも後押しして、社会的インパクトは大きく、トポロジカル物性分野を主導する一大テーマだと言える。理論計算で予想される固体内素励起は、電子が持つ運動量とエネルギーの分散関係として表現させるため、物質の電子構造を直接観察し、その一対一対応を実験的に検証する必要がある。本研究ではARPESを用いた直接バンド観察からマヨラナ粒子物性研究に貢献する。
層状チェーン構造を持つ擬一次元セミメタルとして知られているZrTe5およびTaSe3に着目し研究を行なった。ZrTe5は弱いトポロジカル絶縁相の候補物質、またTaSe3は強いトポロジカル絶縁相の候補物質として理論的な提案があった。特に、TaSe3は2K以下で超伝導転移を示すことから、マヨラナ粒子創発の舞台としても興味深い。第一原理計算では、ZrTe5やTaSe3に一軸ひずみを適用することにより、強いTI、弱いTI、Dirac半金属、および通常の絶縁体相間でトポロジー相転移することが予測されている。これらは、ひずみで引き起こされるトポロジカル相転移を研究するための理想的な舞台を提供し、マヨラナ粒子を制御する観点でも興味が持たれる。角度分解光電子分光（ARPES）による電子構造の直接観察は、トポロジカル特性を解明する強力な研究手法である。我々はレーザーベースのスピン分解ARPES測定をも実施し、ZrTe5およびTaSe3の電子構造と可能なトポロジカル表面状態（TSS）の最初の明確な観測を報告した。ZrTe5は弱いトポロジカル絶縁相にあること、またTaSe3は強いトポロジカル絶縁相にあることを実験から実証した。我々の結果はさらに、擬一次元TaSe3で発現する強いTI相に由来したトポロジカル超伝導の可能性を示すだけでなく、一軸ひずみでそれを制御する方法を提案した点で特に本研究目的に直結する進展があった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Nature Communications
Volume: 12 Issue: 1 Pages: 406-406
10.1038/s41467-020-20564-8
Nature Materials
Volume: 20 Issue: 4 Pages: 473-479
10.1038/s41563-020-00871-7
Volume: 11 Issue: 1 Pages: 2888-2888
10.1038/s41467-020-16707-6
Science
Volume: 369 Issue: 6505 Pages: 833-838
10.1126/science.aay7311
Physical Review B
Volume: 99 Issue: 8
10.1103/physrevb.99.081108
PHYSICAL REVIEW X
Volume: 9 Issue: 4
10.1103/physrevx.9.041039
Volume: 99 Issue: 22
10.1103/physrevb.99.224509
Physical Review X
Volume: 9 Issue: 2
10.1103/physrevx.9.021021
Nature Physics
Volume: 15 Issue: 1 Pages: 41-47
10.1038/s41567-018-0280-z
