Spatial Surface State Tuning by Three-Dimensional Magnetic Topological Insulators

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13854
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Yano Rikizo 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80830356)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 磁性トポロジカル絶縁体 / トポロジカル半金属 / ワイル磁性半金属 / ノーダルライン半金属 / 表面状態制御 / 表面超伝導 / 単結晶育成 / 超伝導接合

Outline of Final Research Achievements

Topological materials are expected to have unique surface states, which can be applied to next-generation electronic devices, such as spintronics devices and future quantum computing. Although those surface states are topologically protected and robust against external fluctuation, they are potentially controlled by using magnetization. We focused on magnetically doped topological insulators (TIs) as a promising candidate material for this purpose and evaluated their surface state in detail. Although we did not reach the step of controlling the surface state by magnetization, we revealed detailed transport properties of the magnetic TI candidates and found other new candidates for magnetic topological semimetals, of which surface states may be controlled in the future. Furthermore, we found unconventional superconductivity on the surface of topological semimetals (nodal semimetal CaAg1-xPdxP).

Free Research Field

物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では将来的に表面状態制御を立体的な3次元空間で行える可能性のある物質の開拓に複数成功した。トポロジカル物質の表面状態は高速応答デバイスや、無散逸電流による極消費電力デバイスなどの応用が期待されいる。一方で、その堅牢な表面状態の制御方法について多くの課題が残されている。本研究では一つの解決策として物質の持つ磁化を制御することに着目した。結果としてその制御まで至らなかったものの、新たなトポロジカル物質候補の発見、トポロジカル物質での表面超伝導の発見などに至り、該当分野の新たな基礎学理への確立へ導く可能性があるという意味で重要な成果を得たと考えている。