| Project/Area Number |
22H00293
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
平原 徹 東京科学大学, 理学院, 教授 (30451818)
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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) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
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| Keywords | 物性実験 / 原子層物質 / 強磁性 / 磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造 / XMCD測定 / ホール効果 / 表面界面 |
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| Outline of Research at the Start |
磁性とトポロジカル物性の協奏現象である量子異常ホール効果(QAHE)では、無磁場下で無散逸な伝導が生じ、低消費電力デバイスへの応用が期待される。それを実現しうる物質として二次元原子層磁性体がある。我々はこれまで、トポロジカル絶縁体内部に磁性原子層Mnを埋め込むことで原子層磁性体の開拓と物性評価を行ったが、QAHEの発現温度は1.4 Kにとどまり物理的な基本特性もよく分かっていない。そこで本研究では磁性原子層としてVを用いてこれまでよりも高いTcを持つ原子層磁性体を開拓して微視的にQAHEの発現条件を検証することで、液体ヘリウム温度以上でのQAHEの実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2024年度は前年度より進めてきた、MnBi2Se4/Bi2Se3/Siヘテロ構造のX線磁気円二色性(XMCD)測定に関して、スペインの放射光施設ALBAでの実験によりその強磁性の容易化軸が面直方向ではなく、面内方向であるという確固たるデータを取得できた。さらに温度依存性測定によりそのキュリー温度が12Kである、保持力が50mT程度の軟磁性体であることが分かった。これにより従来から報告されてきたこの系の表面ディラックコーンのギャップの起源が強磁性以外の可能性が出てきた。ただ面内強磁性ではあるものの、磁化は一部キャントして面直方向を向いていることも確認できたので、このキャントが効いている可能性も依然として残っている。さらに本系における、意図せぬ不純物として働くMnの磁化特性への寄与および非磁性のSe元素におけるXMCDシグナルの測定に成功し、この系における磁性元素と非磁性元素の相互作用を明らかにすることに成功した。
平行して、MnBi2Te4/Bi2Te3/Siヘテロ構造に関しては、Mnの挿入量をこれまでよりも多くして交替磁性体として注目されているMnTeの特性評価を試みた。その結果、予備実験により交替磁性の特徴と同時に強磁性も共存していることが判明した。今後この起源を本格的に解明したいと考えている。
また2023年度発見したMnBi2Te4/Bi2Te3/Si基板の試料と、Si基板と Bi2Te3の間にBi原子を一層挿入した試料における異常ホール効果の振る舞いの違いを理論家によるバンド計算と比較しその起源について手がかりが得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究の目的であるより高いネール/キュリー温度を示す磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造の開拓に向け、意図せぬ不純物や磁気異方性の効果などを明らかにできた。また磁性トポロジカルヘテロ構造をここ最近活発に研究されている交替磁性まで発展させることに成功しつつあるのでこのように評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずMnBi2Se4/Bi2Se3/Siヘテロ構造については10K以下の高分解能測定によって、面内磁化のバンド構造に対する影響を実証する。面内磁場を印加することで磁化方向を制御しバンド構造の変化を制度よく観測する。
Bi2Te3上の交替磁性MnTeについては結晶構造、電子状態、磁化特性に関して膜厚依存性を丁寧に検証することで、基板の効果を調べていく。そして2023年度に開発したin situホール効果測定によって異常ホール効果における交替磁性と強磁性の効果を検証する。
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