Non-Reciprocal Transport at Surface Edges of Strong Spin-Orbit Interaction Materials
Project/Area Number |
20H00342
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
長谷川 修司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥46,150,000 (Direct Cost: ¥35,500,000、Indirect Cost: ¥10,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2020: ¥26,520,000 (Direct Cost: ¥20,400,000、Indirect Cost: ¥6,120,000)
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Keywords | 非相反伝導 / トポロジカル絶縁体 / ラシュバ効果 / スピン流 / スピン・運動量ロッキング / スピン運動量ロッキング / スピン運動ロッキング |
Outline of Research at the Start |
結晶表面や界面のように空間反転対称性が破れた系や、磁性秩序によって時間反対称性が破れた系では、電流やスピン流が一方向には流れ易く反対方向には流れにくいという非相反伝導現象が起きる。そのメカニズムは、強いスピン軌道相互作用に起因する新しい量子機構であり、基礎物理と応用の両面から興味深い。本研究では、トポロジカル絶縁体表面やラシュバ表面系において、特にそのエッジ(端)での伝導に注目して2つの方法で非相反伝導の研究を行う。(1) 円偏光励起の光電流、および(2) 磁性トポロジカル表面のカイラルエッジ状態での非相反伝導を、当研究室独自の4探針STMプローバで直接検出し、高効率非相反伝導の実現を目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
(1)光電流の非相反伝導:昨年度、巨大ラシュバ効果を示す表面構造Si(111)-√3×√3-(Tl,Pb)において、円偏光赤外線を照射して光電流を測定したところ、右回り円偏光と左回り円偏光で光電流の大きさに違いが生じる「円偏光フォトガルバニック効果(CPGE)」が発生することを発見したが、その論文を投稿し、レフェリーコメントに対して修正を行い、再投稿した。また、類似の表面超構造であるSi(111)-√3×√3-(Tl,Sn)においても非相反光伝導現象を発見したが、その光入射角依存性から単純な円偏光フォトガルバニック効果ではないことがわかり、それはスピンの歳差運動によって生じる面直スピン成分による逆スピンホール効果で説明することができた。 (2))磁性トポロジカル絶縁体による非相反伝導:昨年度までに、トポロジカル絶縁体であるBi2Te3薄膜結晶中にSbおよびMnをドーピングして、フェルミ準位をバルクバンドのエネルギーギャップ中にチューニングすることで、異常ホール効果およびトポロジカルホール効果を発見して論文を出版した。本年度は、この物質系の強磁性発現のメカニズムを明らかにした。つまり、(Bi1-xSbx)2Te3 薄膜の上下にMn(Bi1-xSbx)2Te4薄膜を付けた場合、Sbの混入によってスピン間距離を短くすると強磁性転移温度が向上することから超交換相互作用ではなくvan Vleck モデルまたは Bloembergen-Rowland モデルで説明できることが分かった。 (3)イットリウム(Yb)原子をインターカレートしたグラフェンでの強磁性および超伝導の発現を発見した。SiC(0001)基板とグラフェン層の間にインターカレートされたYb3+イオンが強磁性を担い、2層グラフェン間にインターカレートされたYb2+イオンが超伝導を担っていることが光電子分光および光電子ホログラフィの測定から明らかになった。
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Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(69 results)
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[Journal Article] Superconductivity near the saddle point in the two-dimensional Rashba system Si(111)-√3×√3-(Tl,Pb)2022
Author(s)
T. Machida, Y. Yoshimura, T. Nakamura, Y. Kohsaka, T. Hanaguri, C.-R. Hsing, C.-M. Wei, Y. Hasegawa, S. Hasegawa, and A. Takayama
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 105
Issue: 6
Pages: 064507-064507
DOI
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Author(s)
高城拓也, 秋山了太, I. A. Kibirev, A. V. Matetskiy, 遠山晴子, 中西亮介, 樋渡功太, 平原徹, 深澤拓朗, A. V. Zotov, A. A. Saranin, 長谷川修司
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