Non-Reciprocal Transport at Surface Edges of Strong Spin-Orbit Interaction Materials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00342
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Hasegawa Shuji 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 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 / スピン運動量ロッキング / フォトガルバニック効果 / 超伝導

Outline of Final Research Achievements

Using spin-split surface electronic states and spin-momentum locking phenomena observed in materials with strong spin-orbit interaction, we successfully generated non-reciprocal spin-polarized photocurrent through spin-selective photoexcitation by circularly polarized light. Additionally, in topological insulator thin films with introduced magnetic order, we successfully observed the topological anomalous Hall effect, reflecting Dirac cone-shaped surface electronic states with chiral spin structures, bringing us closer to realizing the quantum anomalous Hall effect. Moreover, we successfully achieved thin film crystal growth of these magnetic topological insulators and their multilayer heterostructures, as well as heterojunction structures of superconducting/topological (crystalline) insulators, which are candidates for topological superconductivity.

Free Research Field

表面物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究のテーマである非相反伝導は、純粋な量子力学的な現象ではなく、ある意味で古典性が付与されることによって引き起こされる現象であり、学術的にも大変興味深く、とくにその実験的研究としては例の少ない研究であるので貴重な例となっている。また、非相反伝導は、電子部品の代表格であるダイオードに見られるように、電子デバイス等への応用上、大変有用な現象でもある。さらに、ダイオードとは違った物理的メカニズムに依っているため、エネルギー散逸の極めて少ない省エネルギー効果が期待できるので、社会的意義も大変大きいテーマである。本研究での実験的観測によって、その端緒が開かれたと考えている。