2023 Fiscal Year Annual Research Report
4f磁性トポロジカル半金属薄膜における量子輸送現象の開拓
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22K20353
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西早 辰一 東京工業大学, 理学院, 助教 (80966078)
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2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカル半金属 / 薄膜 / 量子輸送現象 / 磁性 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性を持つトポロジカル半金属相は、カイラリティと呼ばれる相対論的量子数に特徴づけられた３次元的なバンド縮退点（ワイル点）のペアを持ち、ワイル点の巨大なベリー位相とカイラリティに由来する、特異な量子伝導現象や電荷・磁化の結合が予想されている。本研究は、磁性トポロジカル半金属の候補物質として理想的なエネルギー構造を実現するEuCd2As2およびその関連物質について、分子線エピタキシー法による高品質薄膜・ヘテロ構造を作製し、その特異な伝導現象の解明を目指すものである。
初年度では、格子整合の良いCdTe基板上で高い結晶性を持つEuCd2As2の(001)軸配向した薄膜試料の作製に成功したが、一方輸送測定の結果からは絶縁体的な振舞が得られていた。本年度では、EuCd2As2薄膜の低キャリア濃度試料に対して、電界効果デバイスによるキャリア変調も含めた詳細な輸送特性評価を行ったところ、熱活性型のキャリア濃度依存性を観測し、EuCd2As2が当初の理論予想と異なり、バンドギャップを有する電子状態を持つことを実験的に明らかにした。
また、EuCd2As2がエネルギーギャップを持つことが明らかになったことから、もう一つの磁性トポロジカル半金属物質であるEuCd2Sb2に研究の重点を移した。多数のワイル点ペアを持つEuCd2Sb2では、ワイル点に由来する巨大異常ホール効果に加えて、基底状態のA型反強磁性秩序から強制強磁性状態へ至る磁化過程においては、ホール抵抗と磁気抵抗に非単調なピーク構造が現れること、それらがともに磁化過程でのベリー曲率の非単調な変化に対応していることを明らかにした。さらに、薄膜面内での磁場印加角度依存性を詳細に測定した結果、EuCd2Sb2(001)面の三回回転対称性を反映した面内異常ホール効果の観測にも成功した。
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