2014 Fiscal Year Annual Research Report
電子－正孔複合量子井戸による量子スピンホール効果の実現
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26287068
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
鈴木 恭一 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (20393770)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
入江 宏 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究員 (20646856)
小野満 恒二 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (30350466)
村木 康二 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主幹研究員 (90393769)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 半導体ヘテロ構造 / 量子スピンホール効果 / 量子化伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
InAs/GaSb電子－正孔複合量子井戸においてトポロジカル絶縁状態（TI）を実現するには、InAsの伝導帯とGaSbの価電子帯のエネルギー重複を最適化する必要がある。このエネルギー重複の大きさは各膜厚で決まるため、結晶成長時の避けられない膜厚揺らぎによりTIが実現できる試料の歩留まりは非常に悪かった。今期、表面側、基板側の両側からのゲート電圧印加によりエネルギー重複を外的に制御することに成功した。これにより、膜厚が最適値から揺らいだ試料においてもTIの実現が可能になった。同時に、このゲート制御を利用することで半金属状態とTIのスイッチングが実現できた。
量子スピンホール効果は、TI状態下でエッジチャネルがトポロジカルに保護されることで散乱が抑制され、量子化伝導が起こることで実現される。しかしながら、実際には、ポテンシャル揺らぎ等の影響により散乱が生じ、完全な量子化伝導の実現は難しい。現在、長いエッジチャネルを持つ試料について伝導度の温度変化等の測定を行い、散乱機構解明に取り組んでいる。また、従来フェルミレベル制御のために不純物ドーピングを行っていたが、これがポテンシャル揺らぎの一因である可能性があり、不純物ドーピングを行わない試料の設計および作製を行っている。
エッジチャネルの散乱抑制および今後の磁性体、超伝導体との接合に向けて、プロセス技術（特にエッチング技術）の改善に取り組んでいる。その過程で、結晶の欠陥により生じた貫通転移付近で選択的なエッチングが起こり、特性を悪化させていることが分かった。この貫通転移の密度は、試料構造の改善によりある程度削減できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
1. 試料の歩留まりが悪く、なかなか測定まで進まなかった。
2. 主要装置である伝導測定用クライオスタットの納品が遅れたため、一部測定が滞った。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、今後、磁性体からのスピン注入および超伝導体との接合の実験を進めていく。試料構造およびプロセス行程の改良により歩留まりは改善され、クライオスタットも5月中に納品・検収が完了見込みであるので、今後研究が促進されると考えられる。
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| Causes of Carryover |
平成２７年２月末納期で購入予定であった３Ｈｅクライオスタットの納品検収中に不具合が見つかり、納品されなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記３Ｈｅクライオスタット購入のため5000000円使用予定。５月末までに納品予定。
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