2017 Fiscal Year Annual Research Report
NMR study on the inelastic scattering rate governing the spin-lock in the topological insulator
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15K05148
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
後藤 貴行 上智大学, 理工学部, 教授 (90215492)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邉 洋一 東北大学, 理学研究科, 助教 (80574649)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 薄膜 / NMR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三次元トポロジカル絶縁体の試料表面伝導層に現れるディラック電子は，強いスピン軌道相互作用による，s，p軌道のバンド反転によるものである。このディラック電子は，並進運動量と垂直方向に完全スピン偏極していると言われている。このスピンロック現象を，NMRでミクロスコピックに検証することが我々のグループの当初の目的であった。これを遂行するために、3次元トポロジカル絶縁体薄膜の合成並びに輸送現象の観測に関する研究を行った。
着目した材料は、3次元トポロジカル絶縁体研究において広く用いられているテトラジマイト型カルコゲナイド物質である。この物質では、１つのディラックコーンから成るシンプルな表面状態が角度分解光電子分光などから観測され、ディラック電子に特徴的な物性の観測と応用に適した材料として注目されている。一方で、Se欠陥やSe, TeのBiへのアンチサイト欠陥などによってバルクバンドへのキャリアドープが起るために、バルク絶縁性が悪いという問題点があった。そこで、元素置換を組み合わせることによってバルクバンドへのキャリアドープを抑制し、バルク絶縁性の高い理想的な電子状態を実現した系の薄膜試料の作製法を確立することは、本研究の主題であるトポロジカル表面状態の検出に加えて、低散逸なスピン偏極流やマヨラナ粒子などトポロジカル表面状態に期待される物性の観測と応用に向けて重要なステップとなる。
本研究の主要な成果は、物理気相成長を用いることで、理想的な3次元トポロジカル絶縁体として知られているBi2-xSbxTe3-ySeyの薄膜合成法を確立し、これらを用いることで、スイッチング可能なPN接合の作製に成功したことである。
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