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2015 Fiscal Year Annual Research Report

トポロジカル絶縁体・超伝導体における新奇な量子現象の探求

Research Project

Project/Area Number 25220708
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

安藤 陽一  大阪大学, 産業科学研究所, 特任教授 (90371286)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) TASKIN Alexey  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20523533)
瀬川 耕司  京都産業大学, 理学部, 教授 (20371297)
Project Period (FY) 2013-05-31 – 2016-03-31
Keywordsトポロジカル絶縁体 / トポロジカル超伝導体 / MBE薄膜 / 電界制御 / ナノ薄片
Outline of Annual Research Achievements

本課題の3年目である平成27年度は、今後、トポロジカル絶縁体・超伝導体のデバイス加工を通じて新物性を検証・解明する研究を展開していくための基礎となる実験技術の開発に重点を置いた。その結果、廃止までの半年間で以下の2つの重要な成果を得た。
(1)トポロジカル絶縁体薄膜には上面と下面の両方にトポロジカル表面状態が存在するので、今後、表面状態中の輸送現象に関する実験を高度化していくためには、これらのフェルミ準位を独立に電界制御できることが望ましい。そこで我々は、サファイア基板上にMBE成長させたバルク絶縁性を有する高品質(Bi1-xSbx)2Te3薄膜をSi/SiO2基板上に移し換える技術を開発し、下面側からの電界制御を可能にした。これを昨年度開発した上面側の高効率電界制御技術と組み合わせることで、上面と下面のフェルミ準位を独立に電界制御できる「デュアルゲート」デバイスを開発することに成功した。これまで、単結晶を劈開した薄片についてはデュアルゲート制御の報告はあるが、広い面積を持つ高品質薄膜で高効率なデュアルゲート制御に成功したのはこれが世界初である。
(2)現在研究対象となっているトポロジカル超伝導体候補物質の多くで、デバイス加工をすると超伝導が失われてしまうことが知られており、これが研究進展の大きな妨げとなっていた。そこで我々は、デバイス加工に適したナノ薄片の超伝導試料を合成する技術の開発に取り組み、有力なトポロジカル超伝導体候補物質であるInxSn1-xTeのナノ薄片試料の作製に成功した。さらにそのナノ薄片を、電子ビーム描画技術を用いてデバイス加工し、抵抗率測定において急峻な超伝導転移を観測することにも成功した。これは今後、トポロジカル超伝導体におけるマヨラナ準粒子を検証するためのデバイス作製に道を拓く重要な成果である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Ferromagnetism in Cr-doped topological insulator TlSbTe22015

    • Author(s)
      Zhiwei Wang, Kouji Segawa, Satoshi Sasaki, A. A. Taskin, and Yoichi Ando
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 3 Pages: 083302-(1-7)

    • DOI

      10.1063/1.4922002

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Superconducting Sn1-xInxTe Nanoplates2015

    • Author(s)
      Satoshi Sasaki and Yoichi Ando
    • Journal Title

      Cryst. Growth Des.

      Volume: 15 Pages: 2748-2752

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.5b00058

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Infrared probe of the bulk insulating response in Bi2-xSbxTe3-ySey topological insulator alloys2015

    • Author(s)
      K. W. Post, Y. S. Lee, B. C. Chapler, A. A. Schafgans, Mario Novak, A. A. Taskin, Kouji Segawa, M. D. Goldflam H. T. Stinson, Yoichi Ando, and D. N. Basov
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 91 Pages: 165202-(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.165202

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spin-polarized quantum well states on Bi2-xFexSe32015

    • Author(s)
      Michael M. Yee, Z.-H. Zhu, Anjan Soumyanarayanan, Yang He, Can-Li Song, Ekaterina Pomjakushina, Zaher Salman, Amit Kanigel, Kouji Segawa, Yoichi Ando, and Jennifer E. Hoffman
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 91 Pages: 161306(R)-(1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.161306

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dual-Gated Topological Insulator Thin Film Device for Efficient Fermi Level Tuning2015

    • Author(s)
      Fan Yang, A. A. Taskin, Satoshi Sasaki, Kouji Segawa, Yasuhide Ohno, Kazuhiko Matsumoto, and Yoichi Ando
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 9 Pages: 4050-4055

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b00102

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Observation of two-dimensional bulk electronic states in the superconducting topological insulator heterostructure Cux(PbSe)5(Bi2Se3)6: Implications for unconventional superconductivity2015

    • Author(s)
      K. Nakayama, H. Kimizuka, Y. Tanaka, T. Sato, S. Souma, T. Takahashi, Satoshi Sasaki, Kouji Segawa, and Yoichi Ando
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 92 Pages: 100508(R)-(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.92.100508

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Three-dimensional topological insulators: Experimental realization and recent updates2016

    • Author(s)
      Yoichi Ando
    • Organizer
      2016 German Physical Society Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Regensburg, Germany
    • Year and Date
      2016-03-06 – 2016-03-11
    • Invited
  • [Presentation] Transport Studies of Topological Materials2016

    • Author(s)
      Yoichi Ando
    • Organizer
      Topological Phenomena in Novel Quantum Matter: Laboratory Realization of Relativistic Fermions and Spin Liquids
    • Place of Presentation
      Dresden, Germany
    • Year and Date
      2016-02-29 – 2016-03-04
    • Invited
  • [Presentation] Materials Efforts for Topological Insulators and Superconductors2015

    • Author(s)
      Yoichi Ando
    • Organizer
      2015 Materials Research Society Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2015-11-30 – 2015-12-04
    • Invited
  • [Presentation] 単結晶比熱測定によって明らかになったCuxBi2Se3の超伝導面内異方性2015

    • Author(s)
      田尻兼悟, 米澤進吾, Zhiwei WANG, 瀬川耕司, 前野悦輝, 安藤陽一
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] トポロジカル超伝導体候補物質Cux(PbSe)5(Bi2Se3)6の高分解能ARPES2015

    • Author(s)
      中山耕輔, 君塚平太, 田中祐輔, 佐藤宇史, 相馬清吾, 高橋隆, 佐々木聡, 瀬川耕司, 安藤陽一
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] La2-xSrxCuO4のARPESスペクトルを用いた自己エネルギー解析2015

    • Author(s)
      下中大也, 小寺健二朗, 柴田大輔, 山本紳太郎, 吉田鉄平, 組頭広志, 小野寛太, 藤森淳, 小宮世紀, 安藤陽一
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Remarks] 安藤研究室ホームページ

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/fmc/home_j.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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