2013 Fiscal Year Annual Research Report
原子層制御技術による3次元トポロジカル絶縁体のスピン機能創出
Publicly Offered Research
| Project Area | Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries |
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| Project/Area Number |
25103715
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
安藤 裕一郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50618361)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / スピン特性 / 原子層制御 |
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| Research Abstract |
本研究はトポロジカル絶縁体の表面状態に存在すると期待されているヘリカルスピン流を電気的に検出することを目的としている．特にトポロジカル絶縁体と強磁性体の界面を精密に制御することにより強磁性体側のスピン特性の劣化を低減し，スピン特性の高効率検出が可能な条件を探索することを目的としている．
本年度は先ず一般的な電子線蒸着法を用いて，トポロジカル絶縁体と強磁性体のヘテロ界面を形成し，スピン流の検出を試みた．この場合，強磁性体とトポロジカル絶縁体の界面にはわずかながらミキシング層が存在していると予想される．そのような試料を用いて磁気抵抗測定を行った結果．スピン流に起因する信号を低温で検出することに成功した．また室温における測定では強磁性体のスピン偏極率の低下に起因し，信号が消失した．またトポロジカル絶縁体のフェルミ準位がコンダクションバンドに位置する材料で測定を試みたところ，スピン流に起因する信号は低温でも検出できなかった．これはトポロジカル絶縁体の表面状態の伝導よりもバルクの伝導が支配的になったため，スピン流のスピン偏極率が著しく低下したことに起因するとに起因すると考えられる．このことは高効率なスピン流検出には当初想定していた強磁性体のスピン特性以外にもトポロジカル絶縁体のフェルミ準位が重要であることを意味しており，本研究によりトポロジカル絶縁体側に要求される特性の１つが解明できたことを意味している．
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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
当初の予定通り，トポロジカル絶縁体の表面状態に存在するスピン流の検出手法を確立することが出来た．本技術を応用すれば来年度，界面状態を大きく変調したデバイスでの実験も実現可能であると期待される．また当該技術確立の副産物としてトポロジカル絶縁体側に要求される条件も見出した．これらの結果を総合的に見て，概ね順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，強磁性体とトポロジカル絶縁体の界面に着目して研究を遂行する．具多的には強磁性体の成長温度を液体窒素温度から200℃まで条件を振った試料を作製し，スピン特性の評価をおこなう．界面状態は断面TEMを用いて評価する．
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