2017 Fiscal Year Annual Research Report
実空間測定を用いた磁性トポロジカル絶縁体の物性解明
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16J03476
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
安田 憲司 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / スピントロニクス / スキルミオン / スピン軌道トルク / 界面超伝導 / トポロジカル超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1] 磁性トポロジカル絶縁体におけるスキルミオンの実空間観測と電流駆動
磁性/非磁性トポロジカル絶縁体積層構造Crx(BiySb1-y)2-xTe3/(BiySb1-y)2Te3においては、表面状態でのジャロシンスキー・守谷相互作用に由来してスキルミオンが形成される。このようなスキルミオンの発現は、特別研究員が先行研究において輸送測定から明らかにしていたが、磁気力顕微鏡を用いることで今回これの実空間観測に成功した。また、このようなネール型スキルミオンにおいては、表面状態でのスピン蓄積に由来して、電流印加による駆動が可能であると期待される。そこで、磁気力顕微鏡の実空間観測とともに、電流を印加したところ、電流印加によってスキルミオンの駆動を観測することに成功した。
[2] トポロジカル絶縁体界面超伝導における巨大な非相反電流
分子線エピタキシー法を用い、トポロジカル絶縁体と鉄系超伝導母体の積層構造Bi2Te3/FeTe (BT/FT)の作成方法を確立した。作成した積層構造に対し、抵抗測定を行ったところ超伝導が観測された。BT, FTそれぞれの単層膜では超伝導は観測されないことからこれは界面で生じている現象であることがわかる。特に、界面ではトポロジカル絶縁体表面状態が現れていることから、このとき表面状態と超電導状態の強い相互作用が期待される。そこで、面内方向に磁場を印加し抵抗を測定した。その結果、電流印加方向によって抵抗の値が大きく異なるダイオード効果（非相反電気伝導）を観測した。また、この効果は超伝導転移温度以下で急激に上昇することが明らかになった。このことは、超伝導によって磁場と表面状態の相互作用が実効的に大きくなることを示唆しており、今後のスピントロニクスの展開の上で重要な知見である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
特別研究員は当該年度トポロジカル絶縁体におけるスピントロニクスの観点から盛んに実験を行ってきた。まず、特別研究員は磁性トポロジカル絶縁体における磁気力顕微鏡を用いた磁区書き込みと電気伝導測定によって、理論的に予言されていた磁壁でのカイラルエッジ状態の存在を明らかにし、さらにこれを用いた記録、演算素子を実証した。また、磁性/非磁性トポロジカル絶縁体積層構造において、磁気スキルミオンの形成を観測し、これを電流によって駆動できることを確認した。これらの実験に加え、特別研究員は今年度よりトポロジカル絶縁体と鉄系超伝導母体の積層構造を作成し、界面で生じる超伝導の観測に成功した。さらに、輸送測定において、非相反伝導が超伝導領域において顕著に増大することを確認した。特別研究員は、論文執筆に加え、国内外で招待講演を含む多くの研究発表も行っており、期待以上の研究の進展があったといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1]で述べたように、磁性トポロジカル絶縁体において、電流パルスによるスキルミオン駆動を実現した。今後、電流駆動のフェルミ準位依存性を調べ、その起源について議論することが目下の課題である。また、[2]で述べたトポロジカル絶縁体界面超伝導の薄膜作成を推し進め、トポロジカル超伝導やマヨラナ準粒子の検証を行うことを計画している。
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Research Products
(11 results)
