2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21K18590
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Chen Yong 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (30806732)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊谷 明哉 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50568433)
LUSTIKOVA JANA 東北大学, 先端スピントロニクス研究開発センター, 助教 (90847964)
千葉 貴裕 福島工業高等専門学校, 一般教科, 講師 (90803297)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | トポロジカル物質 / 物性物理 / エキシトン超流体 / 熱電素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、二次元ヘリカルディラックフェルミオンに基づいた二層エキシトン凝縮体の実現によって高効率の超流動エキシトン熱電素子や非散逸エキシトン情報素子を創成し、二次元ディラック電子物性を活かした“トポロジカルエキシトニクス”の学理構築を行う。そのために、3次元トポロジカル絶縁体の二次元ディラック電子物性に注目し、トポロジカル表面状態の二層構造において空間的に離れた電子と正孔のクーロン相互作用による二層エキシトン凝縮を実現する必要がある。
今年度は、バルクキャリアを伴わない二次元ディラックバンドを有する良質なBiSbTeSe2トポロジカル絶縁体を用いて、剥離・転写法及び微細加工により、二層のトポロジカル表面状態の距離を制御したナノデバイスの作製を試みた。さらに、ゲート電圧により、二層トポロジカル表面のキャリアを独立的に制御することを試みた。
理論計算から本研究課題にアプローチするため、DFT用のラック型計算機を購入し、トポロジカル絶縁体/通常絶縁体/真空の三層構造を仮定して上下表面のバンド設計を行った。その結果、界面ではなく上下表面にトポロジカルな異種キャリアの表面状態が形成されることがわかり、異種キャリアのため二層エキシトンを形成する可能性があることをつかんだ。
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