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2023 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

Project/Area Number 21K18181
Research InstitutionTokyo 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

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に開拓を行うという戦略のもとで、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。
開発のスキームとして、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)をもつ半金属を第一原理計算も活用しながら探索し、選定した物質を高品質な単結晶試料として準備して実験実証を行うという手順により、研究を推進した。
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が順調に進んだ。
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、MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, ReSe2, TiS2, h-BN, In2Se3, Fe-BiSbTe2Se, Bi2Se3, NiS2, WOx, ZrSiS, HfSiS, d-MoTe2, 2M-WS2, NbTe2, La1.85Sr0.15CuO4, TaSe2, Fe(S,Se) など多岐にわたり、中でも ZrSiS と HfSiS においては、キャリア移動度および磁気抵抗変化率の既報値を数倍更新することに成功した。

Current Status of Research Progress
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、MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, ReSe2, TiS2, h-BN, In2Se3, Fe-BiSbTe2Se, Bi2Se3, NiS2, WOx, ZrSiS, HfSiS, d-MoTe2, 2M-WS2, NbTe2, La1.85Sr0.15CuO4, TaSe2, Fe(S,Se) 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。中でも ZrSiS と HfSiS においては、キャリア移動度および磁気抵抗変化率の既報値を数倍更新することに成功した。

Strategy for Future Research Activity

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、第一原理計算・単結晶開発・物性精密評価の連携によって、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引き続き挑戦してゆく。
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にも大きな進展があったので、新たな切り口として活用してゆきながら研究を更に推進してゆく。

Causes of Carryover

購入を予定していた測定装置が販売中止となり、同等の性能をもつ代替品を選定し直して納品期日を年度内に確定することができなかったため、そのための予算を次年度に繰り越した。新年度の早い時期に発注手続きを進めて、研究遂行に支障が生じない対策を講じる。

  • Research Products

    (34 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Broken Screw Rotational Symmetry in the Near-Surface Electronic Structure of AB-Stacked Crystals2024

    • Author(s)
      H. Tanaka, S. Okazaki, M. Kobayashi, Y. Fukushima, Y. Arai, T. Iimori, M. Lippmaa, K. Yamagami, Y. Kotani, F. Komori, K. Kuroda, T. Sasagawa, and T. Kondo
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 132 Pages: 136402

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.132.136402

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gate-tunable Giant Superconducting Nonreciprocal Transport in Few-layer Td-MoTe22024

    • Author(s)
      T. Wakamura, M. Hashisaka, S. Hoshino, M. Bard, S. Okazaki, T. Sasagawa, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Muraki, and N. Kumada
    • Journal Title

      Phys. Rev. Research

      Volume: 6 Pages: 13132

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.6.013132

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polarity-dependent Twist-controlled Resonant Tunneling Device based on Few-layer WSe22023

    • Author(s)
      K. Kinoshita, R. Moriya, S. Okazaki, Y. Zhang, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Sasagawa, and T. Machida
    • Journal Title

      Phys. Rev. Research

      Volume: 5 Pages: 43292

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.043292

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Symmetry Engineering in Twisted Bilayer WTe22023

    • Author(s)
      Y. Zhang, K. Kamiya, T. Yamamoto, M. Sakano, X. Yang, S. Masubuchi, S. Okazaki, K. Shinokita, T. Chen, K. Aso, Y. Yamada-Takamura, Y. Oshima, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Matsuda, T. Sasagawa, K. Ishizaka, and T. Machida
    • Journal Title

      Nano Lett.

      Volume: 23 Pages: 9280

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.3c02327

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gate-Defined Josephson Weak-Links in Monolayer WTe22023

    • Author(s)
      M.D. Randle, M. Hosoda, R.S. Deacon, M. Ohtomo, P. Zellekens, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Okazaki, T. Sasagawa, K. Kawaguchi, S. Sato, and K. Ishibashi
    • Journal Title

      Adv. Mater.

      Volume: - Pages: 2301683

    • DOI

      10.1002/adma.202301683

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transport Properties of Magnetically doped Topological Insulator Fe-BiSbTe2Se2023

    • Author(s)
      Tanda, R. Yano, H.T. Hirose, T. Sasagawa, and S. Kashiwaya
    • Journal Title

      PS Conf. Proc.

      Volume: 38 Pages: 11180

    • DOI

      10.7566/JPSCP.38.011180

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Andreev Bound States and Doppler Shift in La1.85Sr0.15CuO4/Au Junctions2023

    • Author(s)
      H. Teshima, K. Donguhn, T. Sakamori, R. Yano, Y. Hiramatsu, S. Tamura, K. Yada, Y. Tanaka, T. Sasagawa, and S. Kashiwaya
    • Journal Title

      PS Conf. Proc.

      Volume: 38 Pages: 11041

    • DOI

      10.7566/JPSCP.38.011041

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Piezoelectric Effect in 2H and 3R phases of a-In2Se32023

    • Author(s)
      K. Ueda, R. Murata, T. Sasagawa, and Y. Shiomi
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 62 Pages: 61006

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acdc72

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 複数層の遷移金属ダイカルコゲナイドで発現するサブバンド量子化物性2023

    • Author(s)
      守谷頼、木下圭、町田友樹、笹川崇男
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 58 Pages: 699

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非磁性半金属 XSiS (X = Zr, Hf) 単結晶における超巨大磁気抵抗と量子振動2024

    • Author(s)
      澤田峻輝、笹川崇男
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] III族モノカルコゲナイド van der Waals ヘテロ構造の光電特性2024

    • Author(s)
      山森亘、笹川崇男
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] WSe2/h-BN/WSe2ヘテロ構造におけるΓ-ΓトンネルとK-Γトンネルの選択的検出2024

    • Author(s)
      木下圭、守谷頼、川﨑盛矢、小野寺桃子、張奕勁、渡邊賢司、谷口尚、笹川崇男、町田友樹
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 遷移金属ダイカルコゲナイド共鳴トンネルデバイスにおける負性微分抵抗の観測とバンド構造形成メカニズムの解明2024

    • Author(s)
      川崎盛矢、木下圭、小野寺桃子、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71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 銅酸化物系2次元モット絶縁体における高次高調波発生2024

    • Author(s)
      池田良平、酒井大輝、許明方、佐藤鉄、宮本辰也、笹川崇男、伊藤利充、岡本博
    • Organizer
      日本物理学会2024春季大会
  • [Presentation] 結晶多形をもつTaSe2の磁気輸送特性評価2024

    • Author(s)
      前田誠貴、笹川崇男
    • Organizer
      第62回セラミックス基礎科学討論会
  • [Presentation] トポロジカル半金属 Td-MoTe2の単結晶における超伝導への元素置換効果2024

    • Author(s)
      大島佑一、比留間湧介、笹川崇男
    • Organizer
      第62回セラミックス基礎科学討論会
  • [Presentation] 酸化タングステン針状結晶の育成および評価2024

    • Author(s)
      山森亘、小島慶太、片山尚幸、笹川崇男
    • Organizer
      第62回セラミックス基礎科学討論会
  • [Presentation] 結晶多形をもつTaSe2の単結晶育成と磁気輸送特性評価2023

    • Author(s)
      前田誠貴、笹川崇男
    • Organizer
      学術変革領域「2.5次元物質科学」第6回領域会議
  • [Presentation] vdWトポロジカル超伝導体候補物質2M-WS2の単結晶育成と物性評価2023

    • Author(s)
      大島佑一、笹川崇男
    • Organizer
      学術変革領域「2.5次元物質科学」第6回領域会議
  • [Presentation] Superconducting and Topological Properties of Monoclinic NbTe2 Single Crystals2023

    • Author(s)
      R. Fukuoka and T. Sasagawa
    • Organizer
      36th International Symposium on Superconductivity (ISS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In2Se3 のvan der Walls 強誘電相を対象とした単結晶育成と物性評価2023

    • Author(s)
      村田陵河、笹川崇男
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] IV族モノカルコゲナイドの単結晶育成および光学特性評価2023

    • Author(s)
      山森亘、笹川崇男
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ツイストVan der Waals積層を用いたWTe2の対称性制御2023

    • Author(s)
      張奕勁、神谷啓介、山本崇人、坂野昌人、楊瀟涵、増渕覚、岡崎尚太、篠北啓介、渡邊賢司、谷口尚、松田一成、笹川崇男、石坂香子、町田友樹
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 共鳴トンネル効果を用いたWSe2/MoS2ヘテロ二層構造の価電子帯Γ点バンドの検出2023

    • Author(s)
      川崎盛矢、木下圭、小野寺桃子、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84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ツイスト2層WSe2の価電子帯Γ点バンドのツイスト角度依存性2023

    • Author(s)
      木下圭、守谷頼、小野寺桃子、岡崎尚太、林永昌、張奕勁、増渕覚、渡邊賢司、谷口尚、千賀亮典、末永和知、笹川崇男、町田友樹
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高純度ZrSiS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
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] 鉄系超伝導体における渦糸芯状態の超伝導探針走査トンネル分光2023

    • Author(s)
      町田理、花栗哲郎、笹川崇男、為ケ井強
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体FeドープBiSbTe2Seの磁場中輸送特性と表面電子状態2023

    • Author(s)
      反田剛、矢野力三、谷口晴香、林時温、中河西翔、廣瀬陽代、笹川崇男、柏谷聡
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] 数原子層Td-MoTe2における新奇な超伝導物性2023

    • Author(s)
      若村太郎、橋坂昌幸、野村悠祐、岡崎尚太、笹川崇男、谷口尚、渡邊賢司、村木康二、熊田倫雄
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] 遷移金属ダイカルコゲナイド1T-TiS2における角度分解光電子分光スペクトルの励起光エネルギー・偏光依存性2023

    • Author(s)
      田中宏明、岡崎尚太、福島優斗、川口海周、原沢あゆみ、飯盛拓嗣、小森文夫、有田将司、森亮、黒田健太、笹川崇男、近藤猛
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] 擬一次元構造を持つ遷移金属カルコゲナイドの単結晶育成と物性評価2023

    • Author(s)
      矢野力三、高橋智紀、奥田大貴、谷口晴香、笹川崇男、柏谷聡
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] vdWトポロジカル超伝導体候補物質NbTe2の単結晶育成と物性評価2023

    • Author(s)
      福岡涼、笹川崇男
    • Organizer
      学術変革領域「2.5次元物質科学」第5回領域会議
  • [Book] 遷移金属ダイカルコゲナイドの基礎と最新動向(第12章トポロジカル電子状態)2023

    • Author(s)
      笹川崇男
    • Total Pages
      326
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1758-8
  • [Remarks] 東京工業大学 笹川研究室

    • URL

      https://www.msl.titech.ac.jp/~sasagawa/index.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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