Exploring higher-order topological states in van-der-Waals 2D materials
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21H01022
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
若村 太郎 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子科学イノベーション研究部, 研究主任 (60898899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋坂 昌幸 東京大学, 物性研究所, 准教授 (80550649)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
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| Keywords | 原子層物質 / トポロジカル現象 / 超伝導 / スピントロニクス / 誘電体 / メゾスコピック物理 / トポロジカル / 電気伝導測定 / 電流揺らぎ測定 |
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| Outline of Research at the Start |
WTe2やMoTe2などの3次元トポロジカル原子層物質では、1次元トポロジカル端状態を持つ高次トポロジカル絶縁相の発現が予言されている。しかし、高次トポロジカル端状態の観測例は非常に少なく、その有用性は十分に実証されたとは言えず、また無散逸伝導特性の起源も不明である。本研究では、原子層物質における高次トポロジカル端状態の観測、そのスピン依存伝導特性の評価、さらに無散逸伝導特性の起源の解明を、高品質の原子層物質ヘテロ接合を電流測定と電流ゆらぎ測定を組み合わせることで達成することを目指す。本研究の成果は物質科学のみならず、量子情報・スピントロニクス等の科学技術分野に波及効果をもたらすものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では、前年度から継続して原子層物質を用いた電流揺らぎ測定系の構築と、高次トポロジカル絶縁体状態の発現が期待されるWTe2を用いた電流揺らぎ測定を実施した。前年度の測定結果から、WTe2のような低抵抗物質で電流揺らぎ測定を行うには、当初想定していた電圧バイアスとLC回路による信号増幅を組み合わせた測定系ではなく、電流バイアス下における素子の電圧揺らぎを室温アンプにて増幅する測定系の方がより適していることが判明した。新たなサンプルホルダの作製及び配線の変更によって測定系を改良し、数十nm程度の膜厚のWTe2素子を用いて測定を行った。その結果、WTe2のバルク状態に由来するショットノイズの観測に成功した。一方、パワースペクトル密度とバイアス電流の間の比例係数に相当するファノ因子は、理論的に期待される1/3より大きく、またポアソン過程に相当する1よりも大きい値となった。これは測定系もしくは素子構造に起因して余分な電流揺らぎが測定されている可能性を示唆している。このような因子を排除するため、より素性が明らかな標準サンプルを用いた測定系の最適化を現在実施中である。
上記と並行して、高次トポロジカル絶縁体相が期待されるTd-MoTe2における超伝導非相反伝導効果に関する研究、膜厚と超伝導状態の関係性の解明、及びスピン軌道相互作用に関する研究を実施した。超伝導非相反伝導効果に関する研究では論文1本を出版した。また、膜厚の異なる複数の素子を用いて、残留抵抗率比やキャリア密度と超伝導転移温度の関係を明らかにした。この結果に関して国際会議発表及び論文投稿1件を実施した。加えて、高次トポロジカル絶縁体相でも重要な役割を果たすTd-MoTe2のスピン軌道相互作用について、弱反局在効果の解析からスピン軌道相互作用の大きさ及び対称性について議論し、次年度に開催される国際会議に投稿を行った。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
