2015 Fiscal Year Research-status Report
強磁性トポロジカル結晶絶縁体の開発とその空間反転対称性からみた特性の解明
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26870086
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
秋山 了太 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40633962)
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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 / トポロジカル結晶絶縁体 / 時間反転対称性 / スピン軌道相互作用 / スピントロニクス / 磁性 / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、トポロジカル結晶絶縁体SnTeの物性解明を第一段階として、次にp型であるSnTeのフェルミレベルを化学的ドーピングによって調整することで、角度分解光電子分光法で表面バンドを観察できるようにすること、そして磁性元素のトーピングによって強磁性にしたとき、観察できるようになった表面バンドにおいて、トポロジカル表面状態が保たれるのか、破れるのかを確かめることである。まず第一段階の成果としてはSnTeの薄膜作製条件を詰め、良質な2次元性伝導を示す薄膜作製に成功した。2次元性伝導は弱反局在効果の観測によって確かめられた。通常の3次元的な弱反局在効果と区別するため、我々は外部磁界を電流に対して回転することで電気伝導の次元を解析した。比較的薄い膜（46nm）においては厚い膜よりも2次元伝導成分が多く、電子電子散乱が大きいことが分かった。またSnTeの表面については凹凸が激しいことが過去研究で言われていたが、基板および下地層の改良によって表面粗さを大幅に改善（およそ2nm）することができた。また、表面伝導を阻害するバルク伝導を齎すバルクキャリア密度の低減にも成功した。また化学的ドーピングによってキャリア密度を減少させる取り組みも行っており、これまでにヒ素やヨウ素のドーピングによって1-2桁のキャリア密度低減に成功した。そして、さらに鉛をドーピングすることでトポロジカルー非トポロジカル遷移の状態を角度分解光電子分光によって観測している。現在磁性元素を添加することで強磁性TCIを作製しており、キャリア密度のさらに大きな制御を狙っている。そして鉛のドープ量を変化させると新規な物性が出現することが近日理論的に指摘されたため、その検証も行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、TCIであるSnTeにおいて磁性元素を添加することによって、強磁性TCIを作製することであるが、その前段階として基礎物性評価、およびバルクキャリア密度を低減させることが挙げられるが、それらは概ね順調に進展している。なお、PbSnTeの豊富な物性を示す一端だが、トポロジカル性について理論的に興味深い特性が指摘されたため、当初予想しなかったことだがその検証も角度分解光電子分光で行いたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方針としては、まず１）さらなる平坦化によって単原子層程度のごく薄い膜を絶縁体基板上に作製すること、2）化学的ドーピングの原子種を工夫し、成長条件を最適化することでバルク寄与を減らすこと、３）最適化された高品質SnTeに対して磁性元素をドーピングしてギャップレス状態が変化するのか、変化する場合はどのようになるのかを解明すること、４）PbSnTeについて理論的に予想された特異な物性について角度分解光電子分光によってそれを実験的に初めて実証することが大きな目標として挙げられる。３）までについてはおおよその目処が付いているところであり、研究期間中に達成できると見込んでいる。４）については理論的に予想されたばかりであり、実証できればその科学的価値は非常に大きいと考えている。現在、共同研究も数機関と行なうほどに研究は発展しており、今後も重要で初めてとなるようなデータを提示できるような研究を目指していく。
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| Causes of Carryover |
残額が少額なので、次年度と合わせて使用したほうが有効に使用できる（本当に必要な物品だけを購入できる）と考えたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度予算と合わせて、実験用品（超高真空部品）の物品費として使用予定である。
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| Remarks |
研究内容・成果について記載
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[Presentation] Rashba系表面構造(Tl, Pb)/Si(111)における二次元超伝導：in situ電気伝導測定2015
Author(s)
一ノ倉 聖, A.V. Matetskiy, L.V. Bondarenko, A.Y. Tupchaya, D.V. Gruznev, A.V. Zotov, 保原 麗, 秋山了太, 高山あかり, A.A. Saranin, 長谷川修司
Organizer
2015年秋季日本物理学会年次大会
Place of Presentation
大阪府吹田市 関西大学
Year and Date
2015-09-16 – 2015-09-19
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