2020 Fiscal Year Annual Research Report
2D Material Based Josephson Devices and Their Properties
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18H03858
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Chen Yong 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (30806732)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井土 宏 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (20784507)
熊谷 明哉 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50568433)
谷垣 勝己 東北大学, 材料科学高等研究所, 名誉教授 (60305612)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / 低温物性 / 超伝導材料・素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究提案では、二次元材料の理想構造を利用した原子層ジョセフソン素子などの新規素子構造の構築とその特異な物性評価を目標としている。今年度は、本研究にて作製可能となった原子層素子を新たに創成しその物性評価を行った。例えば、２次元物質に対して空間的にに変化する結晶振動モードを生成することに成功した。また、ラマン顕微分光法を適用することで、空間依存するモードの存在を明らかにした。これまでの物性測定から示唆された空間的に変化する結晶振動モードという仮説の検証を目指していたが、複数の試料での存在の実証まで実施できた。更に、2次元物質を使用して、トポロジカル絶縁体(TI)における異常ホール効果を磁気近接効果を発現させる研究も遂行した。これらの目的のために、2次元強磁性体(Ferro-I)であるCr-Ge-Te（CGT)物質を合成した。その結果、CGT/Bi－Sb-Te-Se系のFerro-I/TIで磁気近接効果による異常ホール効果の観測に成功した。この実験に加えて、層状構造の遍歴反強磁性体であるBaMn2AS2(Pn=As, Sb, Bi)物質を合成して、興味深い巨大磁気抵抗効果の観測にも成功した。更にグラフェンの大面積合成を可能とするCVD装置の構築にも成功しており、目的に応じた物性を持つ二次元材料のCVD合成も開始している。昨年度開始した他分野への応用として電気化学顕微鏡などのイオンが介在した反応系の計測として原子膜のエッジ領域の反応性の変化や欠陥導入なども可能となりつつある。
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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
本研究では、二次元材料で構成された原子層素子の作製と物性評価を行っている。それらの材料設計や素子作製を一貫してグローブボックス内および蒸着装置にて可能となった。その結果、物性評価として低温下での輸送特性のみでなく光学特性の評価へと進展させることが可能となっている。また、新規材料の合成法も確立しており、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本研究を通して可能となった原子層素子を利用し、空間的に変化する物性という2次元物質を舞台とする物性について、磁気物性との関連や第一原理計算を適用することにより、電子物性・電子構造のを明らかにしていく予定である。更に、高品質な2次元磁性物質とトポロジカル絶縁体を接合させ、界面状態を変化させることでトポロジカル絶縁体における異常ホール効果の検証にも発展させる予定である。
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