2020 Fiscal Year Annual Research Report
強いスピン軌道相互作用を有する強相関トポロジカル電子相における量子物性の開拓
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19J22547
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
増子 真 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジカル超伝導 / 非相反電荷輸送 / 分子線エピタキシー / トポロジカル絶縁体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジカル絶縁体／超伝導体ヘテロ接合の作製を行った。前記の接合界面ではトポロジカル絶縁体の表面状態に近接効果により超伝導ギャップが誘起されることにより2次元的なトポロジカル超伝導状態が生じると期待され、電気的に中性なマヨラナフェルミオンが渦糸コアや試料端に現れると期待され精力的に研究されている。本研究ではトポロジカル絶縁体として(Bi,Sb)2Te3を、超伝導体としてPdTe2を選択し、分子線エピタキシー法により接合薄膜を作製した。これらの物質はいずれも面内三角格子のvan der Waals層状構造を有するテルル化物であり、構造的な類似性と良好な格子整合性からトポロジカル絶縁体／超伝導体ヘテロ接合の作製に好適な材料といえ、製膜条件の最適化により良質な積層薄膜の作製に成功した。
さらに、(Bi,Sb)2Te3 / PdTe2 接合において非相反輸送測定を行った。電気抵抗の非相反性とは印加電流の方向に依存して抵抗の大きさが変化する（R(I) ≠ R(-I)）現象であり、空間反転対称性の破れた系が磁場下にあるときに有限に現れ、スピン運動量ロッキングを伴うトポロジカル絶縁体の表面状態や超伝導体における超伝導転移近傍において顕著に現れることが近年報告されている。本研究の対象であるトポロジカル絶縁体の表面に生じたトポロジカル超伝導においも非相反伝導が現れる可能性が理論的に指摘されており、試料内部である接合界面に生じるトポロジカル超伝導の兆候を実験的に捉える手段として有望である。実際、(Bi,Sb)2Te3 / PdTe2において非相反伝導を観測することに成功し、温度・磁場への依存性を詳細かつ系統的に調べた結果、理論的に期待される振る舞いと定性的に一致することを明らかにした。この結果は、(Bi,Sb)2Te3 / PdTe2界面におけるトポロジカル超伝導の発現を示唆している。
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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
(Bi,Sb)2Te3とPdTe2から成る２層膜の作製は期待通りに達成できた。２層膜における電気伝導測定にあたり、当初は測定系により試料の超伝導が抑制されてしまう問題があったが、フィルターを使用するなどの工夫により解決され、高精度の非相反輸送測定を計画通りに実行することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は(Bi,Sb)2Te3 / PdTe2 ヘテロ接合においてトポロジカル超伝導との関連が示唆される非相反輸送現象を捉えた。次年度以降は、非相反信号が(Bi,Sb)2Te3中のBi/Sb比の制御によるキャリアの符号の変化や積層順にどのように依存するかを系統的に調べ、理論的に期待される振る舞いとも比較することで接合界面におけるトポロジカル超伝導のより強固な兆候を捉えたい。
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[Presentation] トポロジカル絶縁体(Bi,Sb)2Te3／超伝導体PdTe2接合における非相反輸送現象2021
Author(s)
増子真, 池田侑哉, 渡邊竜太, 吉見龍太郎, 川村稔, 塚﨑敦, Denis Maryenko, 高橋圭, 川﨑雅司, 十倉好紀
Organizer
第12回低温科学研究センター研究交流会
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