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2022 Fiscal Year Research-status Report

Transport phenomena in bismuth nanowires

Research Project

Project/Area Number 18KK0132
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

長谷川 靖洋  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伏屋 雄紀  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00377954)
村田 正行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80717695)
小峰 啓史  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90361287)
Project Period (FY) 2018-10-09 – 2024-03-31
Keywordsナノワイヤー / Bi / 平均自由行程
Outline of Annual Research Achievements

ナノスケール直径とミリスケール長さを同時に実現した単結晶Bi(ビスマス)製ナノワイヤーを用いて、トポロジカル絶縁体に代表されるようなスピン軌道相互作用が輸送現象に与える影響に注目し、1次元状態特有の輸送現象と電子状態を実験・理論の面から解明することを目的としている。研究を遂行するにあたり、世界に先駆けてナノワイヤーの開発と物性測定に成功した日本の研究グループが中心となり、物性測定用ナノワイヤーへのナノ加工と熱電物性測定を進め、伝導率,ゼーベック係数,ホール係数,ネルンスト係数測定より、その特異な電子物性挙動を明確にすることを試みた。
ナノワイヤーの低温領域における温度依存性について検証したところ、理論モデルより電子のフェルミ面が3つあることから、このうち最も移動度が早い電子ポケットの影響を強く受けることが定性的に明らかになり、実験結果をうまく説明できるようになった。このため、ナノワイヤーにおける特異な輸送現象については、現段階では、フェルミ面が3回対称であること,電子の有効質量が小さく、結果的にワイヤー側面での散乱によって平均自由行程が大きく制限されることで説明できることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ビスマスナノワイヤーの輸送特性については、モデル計算ならびに実験の結果より、ビスマス特有の電子の3回対称性ならびに小さな有効質量による影響であることを確認でき、古典的な記述で物理を理解できる段階に達したため。

Strategy for Future Research Activity

残念ながら2022年度においても世界的なパンデミックの影響は残っており、強い国際共同研究を推進することは困難であった。単結晶Bi(ビスマス)製ナノワイヤーによる実験を軸にした国際共同研究を展開するため、2023年度に海外に長期滞在を進め、国際共同研究を進めていく。

Causes of Carryover

世界的なパンデミックの影響で、現地に長期間滞在した強い国際共同研究ができなかったため、2023年度に行うこととした。

  • Research Products

    (23 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ESPCI(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      ESPCI
  • [Int'l Joint Research] University of California, Berkeley/University of California, San Diego(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of California, Berkeley/University of California, San Diego
  • [Int'l Joint Research] University of Chile(チリ)

    • Country Name
      CHILE
    • Counterpart Institution
      University of Chile
  • [Int'l Joint Research] Universitat Jaume I(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      Universitat Jaume I
  • [Journal Article] Negative transverse magnetoresistance due to the negative off-diagonal mass in linear dispersion materials2023

    • Author(s)
      Awashima Yudai、Fuseya Yuki
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 35 Pages: 19LT01~19LT01

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc15e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Orbital magnetization of three-dimensional Dirac electrons in the quantum limit2023

    • Author(s)
      Kawamura Shogo、Fuseya Yuki
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 35 Pages: 225801~225801

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc4a2

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proposal of time domain impedance spectroscopy to determine precise dimensionless figure of merit for thermoelectric modules within minutes2022

    • Author(s)
      Hasegawa Yasuhiro、Takeuchi Mai
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 11697

    • DOI

      10.1038/s41598-022-15947-4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of temperature dependencies of transport coefficients for a single-crystal bismuth wire with a 1.90-μm diameter2022

    • Author(s)
      Otsuka Mioko、Morita Hiroyuki、Arisaka Taichi、Hasegawa Yasuhiro
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 131 Pages: 214302~214302

    • DOI

      10.1063/5.0094649

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature dependence of resistivity and temperature coefficient of a single-crystal bismuth nanowire based on the varying scattering mechanism2022

    • Author(s)
      Hasegawa Yasuhiro、Yamashita Daisuke
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Pages: 065005~065005

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac646c

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Room-temperature magnetoresistance in Ni78Fe22/C8-BTBT/Ni78Fe22 nanojunctions fabricated from magnetic thin-film edges using a novel technique2022

    • Author(s)
      Matsuzaka Mizuki、Sasaki Yuma、Hayashi Kyohei、Misawa Takahiro、Komine Takashi、Akutagawa Tomoyuki、Fujioka Masaya、Nishii Junji、Kaiju Hideo
    • Journal Title

      Nanoscale Advances

      Volume: 4 Pages: 4739~4747

    • DOI

      10.1039/D2NA00442A

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Negative magnetoresistance and sign change of the planar Hall effect due to negative off-diagonal effective mass in Weyl semimetals2022

    • Author(s)
      Yamada Akiyoshi、Fuseya Yuki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Pages: 205207 1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.205207

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Long-range permeation of wave function and superficial surface state due to strong quantum size effects in topological Bi/BiSb heterojunctions2022

    • Author(s)
      Asaka Yuya、Kikuchi Tatsuki、Fuseya Yuki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 245303 1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.245303

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 磁性トポロジカル絶縁体素子の電圧制御磁化反転における書き込みエラー率の数値解析2023

    • Author(s)
      小峰啓史,綿引詩門,千葉貴裕
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 3ω法を用いたCuワイヤーの熱伝導率測定による離散フーリエ変換を用いた正弦交流電圧測定の検証2023

    • Author(s)
      兒玉 琴胡,長谷川 靖洋
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 熱リークを考慮したTDIS法による無次元性能指数評価2023

    • Author(s)
      高田 丈志,長谷川 靖洋
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] チューリング理論に基づいた原子スケールの自発的パターン形成機構の解明2022

    • Author(s)
      伏屋雄紀,勝野弘康
    • Organizer
      日本結晶成長学会
    • Invited
  • [Presentation] Bi/BiSb ヘテロ接合系の表面における長距離トンネル効2022

    • Author(s)
      浅香雄哉,菊地樹,伏屋雄紀
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] ディラック電子系とノーダルライン半金属における負の磁気抵抗2022

    • Author(s)
      粟島裕大,伏屋雄紀
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] Fake surface states of topological heterojunction in the Bi/BiSb system2022

    • Author(s)
      Yuya Asaka, Tatsuki Kikuchi, Yuki Fuseya
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Negative magnetoresistance without topological effect in nodal line semimetals2022

    • Author(s)
      Yudai Awashima, Yuki Fuseya
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics
  • [Presentation] Orbital origin of negative magnetoresistance and planar Hall effect in Weyl electron system2022

    • Author(s)
      Akiyoshi Yamada, Yuki Fuseya
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体を活用した磁化ダイナミクスの電圧制御とその応用2022

    • Author(s)
      千葉貴裕,アレハンドロ・レオン,小峰啓史
    • Organizer
      第240回研究会/第95回ナノマグネティックス専門研究会
  • [Presentation] Observation of spin signal in molecular nanojunctions utilizing magnetic thin-film edges at room temperature2022

    • Author(s)
      M. Matsuzaka, Y. Sasaki, K. Hayashi, T. Misawa, T. Komine, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii, H. Kaiju
    • Organizer
      The 23rd RIES-Hokudai International Symposium

URL: 

Published: 2023-12-25  

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