2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of novel topological phases based on symmetry
| Project Area | Frontiers of materials science spun from topology |
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| Project/Area Number |
15H05853
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 宇史 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (10361065)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀬川 耕司 京都産業大学, 理学部, 教授 (20371297)
柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
塚崎 敦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50400396)
田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40212039)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 対称性 / 電子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(1)トポロジカル量子相転移の解明、(2)トポロジカル半金属相の実現、(3)ディラック電子制御による新奇物性発現、(4)トポロジカル超伝導体の開発と検証、(5)エッジ流・奇周波数電子対・マヨラナ準粒子の検証についての研究と、研究全体の総括を行った。
(1, 2) Fe3Sn2の薄膜化を行い、Fe:Sn=3:2の組成の非結晶相で大きな異常ホール効果を見出した。磁場印加によるホール抵抗の大きさはSi系ホール素子の性能と同等であることがわかった。これらより、室温以上の強磁性転移温度を持つ磁性ワイル半金属物質群が素子利用に有望であることを示唆した。また、ARPESによりZrGeXc(Xc=S、Se、Te)とCeBiが特殊な表面状態をもつトポロジカル半金属であることを明らかにした。
(3, 4) トポロジカル絶縁体上のPb薄膜におけるARPESを行った結果、界面に埋もれて見えないはずのディラック電子バンドにおける超伝導ギャップがPb表面において観測された。これらより、超伝導近接効果を用いずともトポロジカル超伝導が実現できることを示唆した。
(5) カイラル対称性がある場合にエッジ状態として誘起される奇周波数クーパー対とバルクのグリーン関数の間にスペクトラル・バルクエッジ対応と呼ばれる関係式が成り立つことを予言し、Kitaev鎖やスピン軌道結合のあるナノワイヤ超伝導近接効果系などのモデルに対して数値的に成り立つことを示した。１次元ｐ波超伝導モデルであるKitaev鎖における奇周波数ペアはマヨラナフェルミオンと１対１対応を持つことを示し、量子臨界点において奇周波数ペアが半無限Kitaev鎖のバルク領域へと広がることを見出した。
研究全体を総括し、対称性に基づいたトポロジカル半金属の分類、薄膜におけるディラック電子デバイスの実現、トポロジカル超伝導の検証などについて総合的な考察を行った。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Magnetic-field-induced topological phase transition in Fe-doped (Bi,Sb)2Se3 heterostructures2020
Author(s)
Y. Satake, J. Shiogai, G. P. Mazur, S. Kimura, S. Awaji, K. Fujiwara, T. Nojima, K. Nomura, S. Souma, T. Sato, T. Dietl, A. Tsukazaki
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: 10
Pages: in press
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Superconducting Proximity Effect in Magnetically-Doped Topological Insulators using Bulk Single Crystals2020
Author(s)
R. Yano, K. Tsumura, H. T. Hirose, M. Yamamoto, A. Kudriashov, M. Koyanagi, H. Kashiwaya, Y. Asano, V. Stolyarov, T. Sasagawa, S. Kashiwaya
Organizer
American Physical Society 2020 March Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental verification of magnetic-field-induced topological phase transition in Fe-doped topological insulator (Bi,Sb)2Se3 thin films2019
Author(s)
J. Shiogai, Y. Satake, G. P. Mazur, S. Kimura, S. Awaji, K. Fujiwara, T. Nojima, K. Nomura, S. Souma, T. Sato, T. Dietl, A. Tsukazaki
Organizer
MRS Fall meeting
Int'l Joint Research
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