超高速電子移動度と超巨大磁気抵抗を示す非磁性半金属の開拓

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18181
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三澤 哲郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40635819)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2025-03-31
• Keywords: 非磁性半金属 / 超高速電子移動度 / 超巨大磁気抵抗 / 単結晶 / 第一原理計算

Outline of Annual Research Achievements

キャリア移動度および磁気抵抗変化率（MR）で未踏領域の特性値を示す物質の創製に挑戦した。その戦略として、相対論効果や結晶および電子軌道の対称性（既約表現）に基づいて発現する特徴的な電子構造をもつ非磁性半金属を対象とした。
第一原理計算を活用しながら、超高速キャリア移動度（μ∝τ/m*）の実現に向けて、物質固有の電子有効質量（m*）を極端に小さくできるグラフェンに類似した線形電子分散(ディラック型)および派生した特徴的な電子構造（ワイル型、ノーダルライン型、ノーダルリング型など）をもつ半金属を開発した。
選定を進めていた候補物質について、化学組成や欠陥量を精密制御した純良単結晶試料の準備に取り組み、キャリア移動度や磁気抵抗変化率を含めた磁気輸送特性の詳細な評価を行った。
大型単結晶の準備が難しい物質や、van der Waals 層状化合物をへき開したマイクロ薄片などの微小単結晶を対象としたデバイス化測定が可能な技術の開発も進んだ。
学会発表や論文発表にまで至った本年度に扱った物質は、ReSe2, WTe2, MoS2, ZrSiS, HfSiS, MoTe2, PdBi2, CaSb2, NbTe2, Bi2Sr2CaCu2O8 など、多岐にわたった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

物質・特性開拓について設定した研究戦略の遂行が順調に進み、ReSe2, WTe2, MoS2, ZrSiS, HfSiS, MoTe2, PdBi2, CaSb2, NbTe2, Bi2Sr2CaCu2O8 など、多岐にわたる物質を高品質な単結晶試料として開発し、それぞれについての成果を学会発表や論文発表を行うことができた。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、相対論効果や結晶および電子軌道の対称性（既約表現）に基づいて発現する特徴的な電子構造をもつ非磁性半金属を対象として、キャリア移動度および磁気抵抗変化率（MR）で未踏領域の特性値を示す物質の創製に挑戦してゆく。
化学組成や欠陥量の精密評価を行った単結晶試料を対象に、研究戦略の有効性の実証が進んでいるので、この勢いを維持して研究を推進してゆく。

Causes of Carryover

半導体部品の不足に伴って、購入希望装置についての納品期日が確定できなかった。本年度の研究遂行に大きな障害とはならなかったが、次年度以降の早い時期に購入物品の確定を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Minnesota/Florida State University/Argonne National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Minnesota/Florida State University/Argonne National Laboratory
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] University of British Columbia(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: University of British Columbia
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max Planck Institute
• [Journal Article] Dry Pick-and-flip Assembly of van der Waals Heterostructures for Microfocus Angle-resolved Photoemission Spectroscopy (2022)
  • Author(s): S. Masubuchi, M. Sakano, Y. Tanaka, Y. Wakafuji, T. Yamamoto, S. Okazaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Li, H. Ejima, T. Sasagawa, K. Ishizaka, and T. Machida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 10936
  • DOI: 10.1038/ s41598- 022-14845-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Odd-even Layer-number Effect of Valence-band Spin Splitting in WTe2 (2022)
  • Author(s): M. Sakano, Y. Tanaka, S. Masubuchi, S. Okazaki, T. Nomoto, A. Oshima, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Arita, T. Sasagawa, T. Machida, and K. Ishizaka
  • Journal Title: Phys. Rev. Research Volume: 4 Pages: 23247/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.023247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unconventional Short-range Structural Fluctuations in Cuprate Superconductors (2022)
  • Author(s): D. Pelc, R.J. Spieker, Z.W. Anderson, M.J. Krogstad, N. Biniskos, N.G. Bielinski, B. Yu, T. Sasagawa, L. Chauviere, P. Dosanjh, R. Liang, D.A. Bonn, A. Damascelli, S. Chi, Y. Liu, R. Osborn, M. Greven
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 20483
  • DOI: 10.1038/ s41598- 022-22150-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] トポロジカル超伝導候補 CaSb2単結晶における超伝導特性への元素置換効果 (2023)
  • Author(s): 深井悠太郎、笹川崇男
  • Organizer: 第61回セラミックス基礎科学討論会
• [Presentation] (Zr,Hf)SiS 単結晶の超巨大磁気抵抗と量子振動 (2023)
  • Author(s): 澤田峻輝、笹川崇男
  • Organizer: 第61回セラミックス基礎科学討論会
• [Presentation] 単斜晶系NbTe2の超伝導・トポロジカル特性評価 (2023)
  • Author(s): 福岡諒,笹川崇男
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] AB積層結晶の表面近傍電子状態におけるらせん対称性の破れ (2023)
  • Author(s): 田中宏明,岡崎尚太、小林賢、福島優斗,新井陽介,飯盛拓嗣,Mikk Lippma、山神光平、小谷佳範、小森文夫、黒田健太、笹川崇男、近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] ツイスト2層WSe2におけるバンド構造のツイスト角依存性の直接観測 (2023)
  • Author(s): 山本崇人、坂野昌人、赤塚俊輔、岡崎尚太、笹川崇男、渡邊賢司、谷口尚、北村未歩、堀場弘司、菅原克明、相馬清吾、佐藤宇史、組頭広志、篠北啓介、松田一成、増渕覚、町田友樹、石坂香子、三石夏樹
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] モット絶縁体NiS2のステップ近傍における絶縁ギャップ観察 (2023)
  • Author(s): 安井勇気、岩田孝太、岡崎尚太、宮坂茂樹、杉本宜昭、花栗哲郎、高木英典、笹川崇男
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] 共鳴トンネル効果を用いたツイスト2層WSe2の価電子帯Γ点バンドの検出 (2023)
  • Author(s): 木下圭、守谷頼、岡崎尚太、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
  • Organizer: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] カイラル半導体gamma-In2Se3の単結晶育成と光電特性評価 (2022)
  • Author(s): 村田陵河、谷口黎、笹川崇男
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 180度ツイスト2層ReSe2における空間反転対称性の破れと電子状態 (2022)
  • Author(s): 赤塚俊輔、坂野昌人、山本崇人、野本拓也、有田亮太郎、村田陵河、笹川崇男、渡邊賢司、谷口尚、北村未歩、堀場弘司、菅原克明、相馬清吾、佐藤宇史、組頭広志、篠北啓介、松田一成、増渕覚、町田友樹、石坂香子
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 超伝導MoTe2における巨大な非相反電気伝導現象 (2022)
  • Author(s): 若村太郎,橋坂昌幸,岡崎尚太、笹川崇男、谷口尚、渡邊賢司、村木康二,熊田倫雄
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 電界効果トランジスタ用いたキャリア注入による磁性トポロジカル絶縁体Fe-BiSbTe2Seの表面状態の探索 (2022)
  • Author(s): 反田剛、矢野力三、廣瀬陽代、笹川崇男、柏谷聡
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 超高速時間分解電子回折とシミュレーションによる超イオン導電体AgCrSe2の散漫散乱の研究 (2022)
  • Author(s): 千足勇介、中村飛鳥、下志万貴博、古賀淳平、矢野力三、笹川崇男、石坂香子
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 極低温高分解能レーザーARPESによるトポロジカル超伝導体PdBi2における超伝導ギャップの直接観測 (2022)
  • Author(s): 峯明史,Yigui Zhon、Sahand Najafzadeh,大川顕次郎、坂野昌人、石坂香子、辛埴、笹川崇男、岡﨑浩三
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] NbTe2単結晶の構造相転移と超伝導 (2022)
  • Author(s): 福岡諒、笹川崇男
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 二次元強誘電体CuInP2S6における面直バルク光起電力効果 (2022)
  • Author(s): 張奕勁、谷口黎、増渕覚、守谷頼、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] トポロジカルジョセフソン接合形成に向けた単層WTe2/超伝導デバイスのゲート効果 (2022)
  • Author(s): 細田雅之、ディーコンラッセル、ランドルマイケル、岡崎尚太、笹川崇男、谷口尚、渡邊賢司、大伴真名歩、河口研一、佐藤信太郎、石橋幸治
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 4層WSe2のサブバンド間共鳴トンネルにおけるツイスト角度依存性 (2022)
  • Author(s): 木下圭、守谷頼、岡崎尚太、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] バルクp+-MoS2/h-BN/バルクp+-MoS2トンネル接合における負性微分抵抗の観測 (2022)
  • Author(s): 川崎盛矢、木下圭、守谷頼、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] マイクロ集光軟X線角度分解光電子分光によるワイドギャップ半導体h-BN薄片のバルク電子状態観測 (2022)
  • Author(s): 田中宏明、小林賢、福島優斗、新井陽介、飯盛拓嗣、山神光平、小谷佳範、小森文夫、黒田健太、近藤猛、笹川崇男
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ツイスト二層WTe2の対称性制御とレーザー角度分解光電子分光・SHG観測 (2022)
  • Author(s): 神谷啓介、張奕勁、山本崇人、坂野昌人、篠北啓介、岡崎尚太、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、松田一成、石坂香子、町田友樹
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Remarks] 東京工業大学 笹川研究室
  • URL: https://www.msl.titech.ac.jp/~sasagawa/index.html