2020 Fiscal Year Annual Research Report
局所トンネル分光によるトポロジカルエッジ状態の検出
Publicly Offered Research
| Project Area | Discrete Geometric Analysis for Materials Design |
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| Project/Area Number |
20H04624
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岡 博文 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (70374600)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高次トポロジカル絶縁体 / 走査トンネル顕微鏡 / トポロジカルエッジ状態 / Bi薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、トポロジカル絶縁体Bi2Se3薄膜と高次トポロジカル絶縁体Bi(111)薄膜を用いて、膜厚変化による次元性の低下と外部磁場による時間反転対称性の破れによって発現する新たなトポロジカルエッジ状態を局所トンネル分光測定により観測することを目的としている。
高次トポロジカル絶縁体Bi(111)薄膜の電子状態の膜厚依存性を調べるため、Si(111)基板にBi薄膜を作製し、低温走査トンネル顕微鏡（STM）によるBi薄膜表面の構造評価と微分コンダクタンス測定を行った。膜厚約100nmという比較的厚い膜では、原子レベルで平坦なテラスと、結晶構造の対称性を反映して120度の角度で曲がるステップエッジが薄膜表面に形成された。ステップの高さは約0.4nmで、先行研究と同様に、2層毎にBi薄膜が成長した。微分コンダクタンススペクトルにおいて、ステップエッジでは約+180mVにピークが観察された。平坦なテラスの領域ではそのピークは観察されないことから、約+180mVに観察された微分コンダクタンスのピークはステップエッジに特有の電子状態であることがわかった。また、そのピークの有無が、ステップが120度曲がる毎に変化することもわかり、先行研究で報告されている高次トポロジカル絶縁体のトポロジカルエッジ状態[Nat. Phys. 14, 918 (2018)]であることを確認した。今後は、膜厚を薄くした場合の電子状態の変化、磁場印加による電子状態の変化を調べる予定である。
トポロジカル絶縁体Bi2Se3薄膜を作製するため、抵抗加熱蒸着器を自作した。今後は、Bi2Se3薄膜の作製に取り組み、基板と成膜条件の最適化を図る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Bi2Se3薄膜の作製に取りかかることができず、その分遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）Bi薄膜
蒸着時間の調整により薄膜の厚さを調整し、比較的膜厚が薄い試料を作製し、低温STMによる構造評価と微分コンダクタンス測定を行う。比較的厚い試料で観察されたトポロジカルエッジ状態が膜厚の変化によりどのように変化するのかに注目する。また、外部磁場の印加による変化についても明らかにする。
（2）Bi2Se3薄膜
薄膜の作製条件を最適化し、トポロジカル表面状態が観察できることを確認する。また、（1）と同様に、その表面状態が膜厚や外部磁場の印加によりどのように変化するのかを明らかにする。
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