2018 Fiscal Year Annual Research Report
Novel magnetic properties of two-dimensional ferromagnetic van der Waals atomic layers
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18H03877
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平原 徹 東京工業大学, 理学院, 准教授 (30451818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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 – 2022-03-31
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| Keywords | 物性実験 / 2次元物質 / 磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では申請者が発見した新しい強磁性二次元ファンデルワールス(2D v-dW)物質MnBi2Se4の研究を発展させ、多くの2D v-dWの物質開拓を行うと同時に、バンド構造、原子構造、と新奇な直特性の関係を明らかにすることである。
初年度の2018年度は新物質としてMnBi2Se4と極めて近い性質を持つと思われる、MnBi2Te4の作成を目指した。MnBi2Se4の作成方法を踏襲して、トポロジカル絶縁体Bi2Te3を作成し、その上にMnとTeを同時蒸着することでMnBi2Te4の作成を目指した。蒸着時間を変えて高分解能光電子分光により、30Kで電子状態を測定したところ母物質Bi2Te3の表面ディラックコーンに明確なギャップが観測された。これはMnによってトポロジカル絶縁体の時間反転対称性が破れたものと思われ、Mnが強磁性の性質を持つものことを示している。このギャップは200K程度で閉じるのでキュリー温度は200Kと推定された。ただ、第一原理計算のMnBi2Te4/Bi2Te3のバンド構造と実験結果は異なっており、実際に作成された構造はMnBi2Te4ではないことも示唆された。
上記の結果を踏まえ、Mn,Te/Bi2Te3の系の磁化をSQUIDとSpring-8におけるXMCDにより測定した。SQUIDによってキュリー温度が25Kであることが分かった。一方XMCDではMnの磁性に寄与しているものが二成分存在し、一つは強磁性でキュリー温度が25K、もう一方は常磁性であることが分かった。この二つのMnの間の磁気的な相互作用が200Kという温度のエネルギースケールまで存在しているのではないかと考えている。
そのほか、類似物質のMn,Te/(Bi,Sb)2Te3の系に関してもバンド構造(フェルミ準位の変調)と磁化測定を行なった。
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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
予定していた新物質開拓に関して、Mn,Te/Bi2Te3という新しい系を発見することができ、さらにそのバンド構造や直特性の検証まで行えたので予定通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018度の結果を踏まえ、2019度はまずMn,Te/Bi2Te3の原子構造を透過電子顕微鏡観察によって同定し、第一原理計算と合わせて表面バンド構造におけるギャップと試料の磁化特性の関係を明らかにしていく。
さらに今まではMnBi2Se4やMn,Te/Bi2Te3の単層の物性に着目してきたが、多層化してその特性がどう変化するを検証する。具体的には異なるMn層間の磁気的相互作用に着目するが、間に非磁性のBi2Se3やBi2Te3等の非磁性層を導入し、その層数で磁化特性がどう変化するかを検証していく。
さらに輸送現象測定によってもこれらの系の興味深い物性を明らかにする。特にMn,Te/(Bi,Sb)2Te3の系では量子異常ホール効果の発現が高温で期待できるのでその検証を行なっていく。
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