2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of periodic arrays of dislocations in topological insulators and investigation of their electronic properties
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19K04984
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
徳本 有紀 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (20546866)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / バルク絶縁体化 / 転位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、トポロジカル絶縁体中転位の特殊な金属状態の電子物性を定量的に評価することと、新奇な転位状態の応用の可能性を示すことを目的とする。
初年度は、Bi-Sbトポロジカル絶縁体について、ゾーンメルト法によりバルクバンドギャップの大きい組成の単結晶を得た。また、塑性変形により伝導条件を満たす転位を導入した試料について、集束イオン/電子ビーム加工装置(FIB-SEM)により微細試料を切り出し、電気伝導測定を行い、顕著な伝導転位の効果を検出した。Bi-Sbと同様にトポロジカル絶縁体の中でも転位に沿って特殊な金属状態が発現し得る数少ない物質の一つであるPb-(Bi,Sb)-Teについてもバルク絶縁性向上に取り組んだ。TeをSeで置換することにより、バルクのバンドギャップを増大させる効果があることが予測されている。
令和二年度は、バルク絶縁性の高いPb-(Bi,Sb)-Teトポロジカル絶縁体結晶から剥離した薄片試料を用い、表面伝導率の温度依存性と磁気抵抗を測定し、表面２次元電子の弱反局在、および量子振動を観測した。また、極低温走査トンネル分光実験により表面状態の散乱機構についても明らかにした。Pb-(Bi,Sb)-(Te,Se)結晶については、Pb-(Bi,Sb)-Teを上回るバルク絶縁性は得られなかったが、バルク電気伝導率が絶縁体的振舞いを示した結晶のマイクロサンプルの電気伝導測定を行った結果、局所的にバルク絶縁性の高い領域と低い領域が混在していることが明らかとなった。低温での磁気抵抗測定を行い、バルクの散乱機構の解析を行った。
最終年度はバルク絶縁性の高いPb-(Bi,Sb)-Teトポロジカル絶縁体結晶を用い、FIB-SEMでマイクロピラーを加工し、フラット圧子を装着したナノインデンターで塑性変形を施し転位を導入した。今後転位伝導、転位の電子状態に関する研究を推進する予定である。
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