2018 Fiscal Year Annual Research Report
トポロジカル結晶絶縁体におけるトポロジカル状態の外場による変調とデバイス応用
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18H01857
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
黒田 眞司 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 昭夫 広島大学, 理学研究科, 教授 (00272534)
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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | トポロジカル結晶絶縁体 / トポロジカル表面状態 / 鏡映対称性 / ディラック・コーン / レーザー励起ARPES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、トポロジカル結晶絶縁体(TCI)において、外場の印加による対称性の破れがトポロジカル表面状態にどのような影響を及ぼすかを明らかにし、外場によるトポロジカル表面状態の制御に基づくデバイス機能実現の可能性を探索することを目的として研究を行っている。具体的には、TCIとなる物質としてSnTeおよび混晶の(Pb,Sn)Teの薄膜を分子線エピタキシー(MBE)により作製し、外場を加えるデバイス構造を作製し、そのトポロジカル表面状態を調べる。今年度は以下の研究を行った。
(1) MBEによる薄膜成長と導電性制御
格子定数の近いCdTeテンプレートを基板として、その上にMBEによりSnTeの薄膜を成長し、平坦性の高い表面を有する薄膜を作製することができた。また実際のSnTe結晶はSn欠損生成によりp型に縮退した伝導を示すが、バルク絶縁性の回復を目指して、Pbを添加した混晶(Pb,Sn)Teの作製、あるいはドナー性不純物のSbのドーピングによる補償などを試み、バルク伝導を抑制し表面状態の観測が可能な薄膜の作製に成功した。
(2) レーザー励起ARPES測定による表面状態の観測
p型に縮退したSnTeに対しレーザー励起角度分解光電子分光(ARPES)測定を行い、非占有状態を含むバンドの全体像を観察した。その結果、表面状態のディラック・コーンの観察に成功し、ディラック点の位置は従来の報告とは異なり、価電子帯頂上直下に位置することを明らかにした。また非占有の伝導帯および表面状態に励起された電子の緩和過程を明らかにした。
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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
表面の平坦性が高く、かつバルク伝導を抑制した薄膜を作製し、またレーザー励起APRES測定で非占有側にあるトポロジカル表面状態の観測に成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、表面の平坦性が高く、かつバルク伝導を抑制した薄膜に対し、外場の摂動を加えるデバイス構造を作製し、外場の摂動が表面状態に及ぼす影響を調べる。
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