| Project/Area Number |
21H01024
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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 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松下 ステファン悠 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (90773622)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
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| Keywords | 熱電物性 / トポロジカル絶縁体 / ヘテロ構造 / 薄膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、熱電輸送の観点からトポロジカル絶縁体（TI）の基礎物性解明と、新規のトポロジカル熱電材料への応用を目指す。TI材料が持つディラック電子は、量子的電子伝導現象の他、熱電輸送等でも特異な物性が予想されている。しかし、電子・スピンデバイスに関連した研究に比して、熱電物性などの新領域開拓は乏しい。本研究では、熱電物性に焦点を当て、バルク絶縁性に優れたTI物質を用いて、TI物質/強磁性絶縁体ヘテロ構造やTI多孔質膜といった多彩なデバイスデザインを設計・作製し、表面ディラック電子の電気伝導、ホール伝導、ゼーベック係数、ネルンスト係数の4物性同時測定を行い、電子・熱電輸送特性の完全理解を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、バルク絶縁性の高い3次元トポロジカル絶縁体（3D-TI）において、3D-TI/強磁性体ヘテロ構造やTIの多孔質化といった多彩なデバイスデザインを設計・作製し、表面ディラック電子に期待される高い熱電性能の発現とそのメカニズム解明を行うものである。本年度は、申請時の計画にあるように①電気伝導、ホール伝導、ゼーベック係数、ネルンスト係数の4物性同時測定システムの構築、②ヘテロ構造の熱電物性の詳細測定、③多孔質TIデバイスの作製とテスト測定の3点を行った。
①の測定システムは構築を完了し、試験的に行ったBSTS薄膜の測定においては、従来の測定システムと一致した測定結果を得た。また、ゼーベック係数とネルンスト係数を磁場中で測定可能となったことで、電気伝導測定では微弱にしか見えなかった量子振動が明瞭に観測され、「熱電係数が輸送現象の本質的メカニズム解明の強力なツール」とした本研究申請時の言及を裏付ける結果を得た。
②のヘテロ構造の測定では、表面ディラック電子の伝導が支配的な20nm程度の薄膜において、低温域で抵抗が上昇する振る舞いや、非常に強い量子振動をゼーベック係数で観測するなど、強磁性体による磁気近接効果の影響と思われる結果を複数観測した。また、ネルンスト係数においては、通常の膜では数μVの大きさであったものが、ほとんどゼロとなるなど、ヘテロ構造化により大きく変化する振る舞いを観測した。
③の多孔質ＴＩについては、50nm程度のバルク伝導の寄与が支配的な膜厚領域において、金属的な伝導特性を示す測定結果を観測した。先行の理論研究においては、多孔質化による表面積増大によって、厚い膜厚においても表面伝導が支配的になり得るとされており、本測定の結果はそれを示唆するものであると考えている。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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