2021 Fiscal Year Annual Research Report
Controlling the local electronic state by photo-induced doping; creation of topological pn junction
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19H02592
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
坂本 一之 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒田 健太 東京大学, 物性研究所, 助教 (00774001)
小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
内橋 隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354331)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 局所ドーピング / スピントロニクス / 光電子分光 / 走査トンネル顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者がトポロジカル絶縁体Bi2Se3で見出したn型トポロジカル絶縁体への光誘起ドーピングは，光照射部にのみホールを注入してフェルミ準位シフトをナノメートルスケールの領域で自由に制御することができる新しいドーピング法である。この光誘起ドーピングが，(1) Bi2Se3表面への微量の不純物炭素の吸着により、炭素吸着部近傍の電荷状態がわずかに正に帯電することで，(2)同表面に吸着した水分子の吸着構造が、表面が負に帯電した状態では正に帯電している水素原子が表面と相互作用している吸着構造から変化し，負に帯電している酸素原子が表面と相互作用するようになり，(3) 最外層のSe原子の内殻準位を励起してホールを生成することでOとSe間で強いクーロン引力が生じることで引き起こされることを明らかにした。これらの結果は、高インパクトファクターの雑誌に発表した。また，トポロジカルpn接合を作製する目的で，広いバルクバンドギャップを有し，ディラック点がそのバンドギャップの真ん中付近にあるTlBiSe2で光誘起ドーピングを試したところ，光の照射時間を制御することでバルクが絶縁体であるn型とp型のTlBiSe2を作ることに成功した。TlBiSe2の表面構造がBi2Se3と異なることから，この試料に関しても光誘起ドーピング機構を解明するために光エネルギーに依存した光電子分光測定を行った結果，両試料でのドーピング機構に違いがないことがわかった。このTlBiSe2に関する結果は複数の学会で発表し，現在論文を執筆中である。
主課題以外にも，トポロジカル絶縁体と同じく表面にスピン偏極電子状態を有し，トポロジカル超伝導体となる可能性を秘めている原子層結晶の電子状態を明らかにするとともに，種々の有機分子を吸着することでこれら原子層超伝導体の転移温度制御を試み，その結果を複数の学会で発表した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Spatial Control of Charge Doping in n-Type Topological Insulators2021
Author(s)
Sakamoto Kazuyuki、Ishikawa Hirotaka、Wake Takashi、Ishimoto Chie、Fujii Jun、Bentmann Hendrik、Ohtaka Minoru、Kuroda Kenta、Inoue Natsu、Hattori Takuma、Miyamachi Toshio、Komori Fumio、Yamamoto Isamu、Fan Cheng、Krueger Peter、Ota Hiroshi、Matsui Fumihiko、Reinert Friedrich、Avila Jose、Asensio Maria C.
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 21
Pages: 4415～4422
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Spatial Control of Charge Doping in n‐Type Topological Insulators2021
Author(s)
K. Sakamoto, H. Ishikawa, T. Wake, C. Ishimoto, J. Fujii, H. Bentmann, M. Ohtaka, K. Kuroda, N. Inoue, T. Hattori, T. Miyamachi, F. Komori, I. Yamamoto, C. Fan, P. Krueger, H. Ota, F. Matsui, F. Reinert, J. Avila, and M. C. Asensio
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ag基板上に成長したTl単結晶薄膜のスピン偏極電子状態2021
Author(s)
小林宇宏，中田慶隆, 八百板裕智, 岩岡睦生, 古賀真理子, 矢治光一郎, 藤井純, 秋山了太, 長谷川修司, 小野新平, Yasmine Sassa, 坂本一之
Organizer
2021年度 関西薄膜・表面セミナー
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