Detection of surface states in topological phases by FIB microcoils

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20905
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Sakai Hironori 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (80370401)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 集束イオンビーム / 核磁気共鳴 / トポロジカル物性 / 単結晶

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to observe topological properties using nuclear magnetic resonance (NMR) with micro-coils created through focused ion beam (FIB) technology. The study involved creating superconducting spiral coils using Nb thin films, developing single-crystal X-ray diffraction imaging techniques for topological insulator BiSbTeSe2, evaluating the topological superconducting properties of UTe2 single crystals, and improving the purity of UTe2 single crystals. FIB sample cutting was found to be effective for assessing BiSbTeSe2 samples, and the improved purity of UTe2 single crystals allowed for detailed studies of quantum oscillations and multiple superconducting phases.

Free Research Field

固体物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、集束イオンビームを用いたマイクロコイルを使った核磁気共鳴法によるトポロジカル物性の観測技術の開発にある。これにより、トポロジカル材料の表面状態が観測できるようになり、新たなトポロジカル物質の発見や物性解明につながることが期待される。また、社会的意義としては、トポロジカル物質の応用に向けた基礎研究の進展や、微小コイルを用いたNMRは、生体や化学分野などでも汎用的技術であり、測定負荷減少や測定時間短縮につながり、省エネルギーに寄与すると期待できる。