2020 Fiscal Year Annual Research Report
Non-Reciprocal Transport at Surface Edges of Strong Spin-Orbit Interaction Materials
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20H00342
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 修司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)
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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) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非相反伝導 / トポロジカル絶縁体 / ラシュバ効果 / スピン流 / スピン運動ロッキング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）光電流の非相反性の研究：赤外光レーザーを購入して、その偏光状態を制御しながら超高真空中の試料に照射するシステムを製作した。その光をトポロジカル絶縁体表面やラシュバ型表面に照射し、円偏光フォトガルバニック効果および逆スピンホール効果による光電流の非相反伝導を測定する実験を始めた。また、そのための試料作製条件の最適化を図った。
（２）磁性トポロジカル絶縁体のカイラルエッジ状態での非相反伝導の研究：トポロジカル絶縁体であるBi2Te3にSbおよびMnをドーピングした試料を作成し、Sbの濃度を調製してフェルミ準位をバルクバンドのエネルギーギャップ中にチューニングすることに成功し、さらに異常ホール効果を確認できた。それを踏まえ、その状態で、カイラルエッジ状態ができているはずなので、当研究室に既存の低温型４探針走査トンネル顕微鏡プローバーによって、エッジに直接４本の探針を接触させ、電流ー電圧特性を測定することによって無散逸非相反伝導を検出することを試みているが、装置のトラブルのためにまだ実現していない。装置を修理し、早急に実験に取り掛かる。
（３）純スピン流注入プローブによる非相反伝導の研究：トポロジカル絶縁体表面でのヘリカルディラック表面電子状態に、純スピン流注入プローブをつかって純スピン流を注入し、その純スピン流を逆スピンホール効果を利用して電圧・電流として検出する計画である。本年度は、スピン注入プローブの構造を見直し、最適化を図った。
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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
計画通り、非相反光電流測定のための赤外線照射装置の開発が完了し、実験に取り掛かっている。また、磁性トポロジカル絶縁体の試料作製条件を最適化できたのも、計画通りである。純粋スピン注入プローブのプロトタイプの作成は完了しており、その構造の最適化を探っているところであり、これもおおむね計画通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）光電流の非相反性の研究：赤外光レーザーを購入して、その偏光状態を制御しながら超高真空中の試料に照射するシステムを製作したので、その光をトポロジカル絶縁体表面やラシュバ型表面に照射し、円偏光フォトガルバニック効果および逆スピンホール効果による光電流の非相反伝導を測定する。とくに、磁性トポロジカル絶縁体や、そのヘテロ薄膜構造試料を「その場」で作成して非相反光伝導現象を測定し、最大の非相反伝導を生み出すための試料側の最適条件を探る。
（２）磁性トポロジカル絶縁体のカイラルエッジ状態での非相反伝導の研究：ポロジカル絶縁体であるBi2Te3にSbおよびMnをドーピングした試料を作成し、Sbの濃度を調製してフェルミ準位をバルクバンドのエネルギーギャップ中にチューニングすることに成功し、さらに異常ホール効果を確認できた。それを踏まえ、その状態で、カイラルエッジ状態ができているはずなので、当研究室に既存の低温型４探針走査トンネル顕微鏡プローバーによって、エッジに直接４本の探針を接触させ、電流ー電圧特性を測定することによって無散逸非相反伝導を検出する。その測定位置を試料表面中央部、あるいは、反対側の試料端に変更すれば、非相反性が逆転したりするはずで、それによって、カイラルエッジ電流を直接検出する。量子異常ホール効果状態で正確にチューニングしなくとも、このエッジ状態での直接検出が可能であると考えている。
（３）純スピン流注入プローブによる非相反伝導の研究：トポロジカル絶縁体表面でのヘリカルディラック表面電子状態に、純スピン流注入プローブをつかって純スピン流を注入し、その純スピン流を逆スピンホール効果を利用して電圧・電流として検出する。微細加工技術によって、純スピン流の流れる流路を規定して上記の測定を行い、純スピン流の注入、伝導、検出の最大化条件を探る。
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[Presentation] 強磁性トポロジカル絶縁体サンドイッチ構造Mn(Bi1-xSbx)2Te4/(Bi1-xSbx)2Te3/ Mn(Bi1-xSbx)2Te4/Si(111)のフェルミ準位制御による電気伝導特性変調2020
Author(s)
高城拓也, 秋山了太, I. A. Kibirev, A. V. Matetskiy, 遠山晴子, 中西亮介, 樋渡功太, 平原徹, 深澤拓朗, A. V. Zotov, A. A. Saranin, 長谷川修司
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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