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固体中のディラック-ワイルフェルミオンによる量子輸送現象の顕在化と機能開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H06114
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 金属物性・材料
研究機関大阪大学

研究代表者

村川 寛  大阪大学, 理学研究科, 助教 (40611744)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
20,540千円 (直接経費: 15,800千円、間接経費: 4,740千円)
2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2016年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
キーワードワイル半金属 / トポロジカル物性 / ランダウ準位 / 磁気抵抗効果 / スピン分裂キャリア / 量子振動 / カイラルアノマリー / 物性実験 / 金属物性・材料 / 電子・磁気物性 / 巨大磁気抵抗効果 / 高移動度大型単結晶 / ベリー位相
研究成果の概要

空間反転対称性の破れた結晶構造を持つワイル半金属NbAsとTaAsの大型単結晶を合成し、運動方向に対してスピンの方向が固定されたワイル粒子に由来する電気伝導現象について研究を行った。形状効果を排除した状態でワイル粒子由来の非散逸電気伝導に起因する負の磁気抵抗効果を観測して磁場方位依存性を明らかにするとともに、強磁場量子極限状態においてホール抵抗率にプラトーが出現することを観測した。また、ワイル点ペアを囲むサイクロトロン軌道のエネルギー準位が磁場方位によって不連続に変化することを発見した。さらに、半金属NbAs2の結晶純度を向上させることにより200万倍に達する巨大な磁気抵抗効果を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、ワイル半金属の大型の良質単結晶を用いて低温強磁場中での物性測定を行い、
結晶中の相対論的粒子の基本的な性質や、特殊なバンド構造に由来した新奇な量子現象について、これまでの理論的な提案を実証するのみならず、従来の常識では説明できない新たな発見をすることができた。シンプルな系を用いて電子系のトポロジーを反映した本質的な現象を実験的に明らかにした本研究成果は、これからの物性物理学の進展に大きく貢献するものである。

報告書

(3件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (29件)

  • [雑誌論文] Electrochemical synthesis of phthalocyanine-molecular mixed crystals in dilute solution2018

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii, H. Murakawa , M. Nishi , M. Matsuda , H. Sakai and N. Hanasaki
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth

      巻: 487 ページ: 92-92

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2018.02.023

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscale ice-type structural fluctuation in spinel titanetes2018

    • 著者名/発表者名
      S. Torigoe, T. Hattori, K. Kodama, T. Honda, H. Sagayama, K. Ikeda, T. Otomo, H. Nitani, H. Abe, H. Murakawa, \underline{H. Sakai}, and N. Hanasaki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 98 号: 13 ページ: 134443-134443

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.134443

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced magnetoresistance in the binary semimetal NbAs2 due to improved crystal quality2018

    • 著者名/発表者名
      K.Yokoi, H.Murakawa, M.Komada, T.Kida, M.Hagiwara, H.Sakai, and N.Hanasaki
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 2 号: 2 ページ: 024203-024203

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.024203

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Iodide-coordinated Dinuclear Molecular Single Crystal Cr2(mu-I)2I4(C8N2H4)42017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Murakawa, Moriyoshi Komada, and Noriaki Hanasaki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 46 号: 4 ページ: 554-556

    • DOI

      10.1246/cl.161205

    • NAID

      130005549082

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] キャント型反強磁性体BaMnSb2におけるバルク半整数量子ホール効果の観測2019

    • 著者名/発表者名
      藤村飛雄吾, 酒井英明, 近藤雅起, 栗原綾佑, 三宅厚志, 徳永将史, 木田孝則, 萩原政幸, 鶴田圭吾, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 異方的擬2次元ディラック電子状態を持つAMnBi2(A = Sr, Eu, Ba)における角度依存層間磁気抵抗2019

    • 著者名/発表者名
      近藤雅起, 酒井英明, 中川賢人, 駒田盛是, 木田孝則, 萩原政幸, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 角度分解光電子分光によるTaAsの電子構造2019

    • 著者名/発表者名
      島岩泰暉, 密岡拓心, 村川寛, 駒田盛是, 横井滉平, 酒井英明, 花咲徳亮, 有田将司, E.F. Schwier, 島田賢也, 生天目博文, 溝川貴司
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 圧力下におけるPbTeの電気伝導測定2019

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 小林達生, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 上床美也, 徳永将史
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] p型/n型SnSeにおける外部圧力を利用したバレー構造と熱電特性の制御2019

    • 著者名/発表者名
      西村拓也, 酒井英明, 森仁志, 秋葉和人, 臼井秀知, 越智正之, 黒木和彦, 三宅厚志, 徳永将史, 上床美也, 片山敬介, 坂本拓也, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ワイル半金属NbAsにおける量子振動とベリー位相の磁場方位依存性2018

    • 著者名/発表者名
      駒田盛是, 村川寛, M. S. Bahramy, 木田孝則, 横井滉平, 萩原政幸, 酒井英明, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ルテニウムフタロシアニン伝導体の合成と分子内π-d相互作用の評価2018

    • 著者名/発表者名
      清水智可, 杉本崇, 石井龍太, 村川寛, 西美樹, 松田真生, 稲辺保, 酒井英明, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 元素置換したMgTi2O4の比熱におけるスピン液体的挙動2018

    • 著者名/発表者名
      薦田匠, 服部崇幸, 中野岳仁, 野末泰夫, 山下智史, 中澤康浩, 佐賀山基, 酒井英明, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 多層ディラック電子系EuMnBi$_2$のブロック層を利用したp/n型キャリア制御2018

    • 著者名/発表者名
      中川賢人, 酒井英明, 鶴田圭吾, 越智正之, 黒木和彦, 増田英俊, 石渡晋太郎, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] X線光電子分光によるTaAsの電子構造2018

    • 著者名/発表者名
      島岩泰暉, 密岡拓心, 村川寛, 駒田盛是, 横井滉平, 酒井英明, 花咲徳亮, 溝川貴司
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 角度分解光電子分光で観測されたTaAsのTa終端における電子構造2018

    • 著者名/発表者名
      密岡拓心, 岡本陽平, 溝川貴司, 村川寛, 駒田盛是, 横井滉平, 酒井英明, 花咲徳亮, E.F.Schwier, 島田賢也, 生天目博文
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] PbTeにおける“Diracness”の評価とその圧力依存性2018

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 中西良樹, 吉澤正人, 小林達生, 徳永将史
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超音波と磁気抵抗測定によるPb1-xSnxTe/In の量子振動2018

    • 著者名/発表者名
      栗原綾佑, 三宅厚志, 徳永将史, 秋葉和人, 酒井英明, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] バルク半導体におけるラシュバ分裂とベリー位相2018

    • 著者名/発表者名
      村川 寛
    • 学会等名
      日本物理学会第73 回年次大会 (シンポジウム講演23pK603-5)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Variation of Berry’s phase depending on a magnetic-field direction in the Weyl semimetal NbAs2018

    • 著者名/発表者名
      村川 寛
    • 学会等名
      22th Conference on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ワイル半金属NbAsにおける磁場方位に依存したベリー位相の観測2018

    • 著者名/発表者名
      駒田盛是
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 空間反転対称性の破れた超伝導体PbTaSe2の合成とNMR/NQR測定2018

    • 著者名/発表者名
      横井滉平
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 多層ディラック電子系EuMnBi2における元素置換を利用したゼーベック・ネルンスト効果の制御2018

    • 著者名/発表者名
      酒井英明
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 自発磁化を有するディラック電子系物質BaMnSb2における磁気輸送現象のキャリア濃度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      藤村飛雄吾
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] TaAsのTa終端表面の電子構造2018

    • 著者名/発表者名
      密岡拓心
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] パルス強磁場を用いたワイル半金属TaAs,NbAsの電気伝導特性の研究2017

    • 著者名/発表者名
      駒田盛是
    • 学会等名
      強磁場フォーラム
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 半金属NbAs2の純良単結晶の合成と強磁場下での100万倍を超える巨大な磁気抵抗効果の観測2017

    • 著者名/発表者名
      横井滉平
    • 学会等名
      強磁場フォーラム
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] TaAsの角度分解光電子分光2017

    • 著者名/発表者名
      密岡拓心
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] キャリアドープした層状ディラック反強磁性体Eu1-xGdxMnBi2における量子極限近傍のランダウ準位構造2017

    • 著者名/発表者名
      鶴田圭吾
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 熱電材料SnSeにおける外部圧力を利用した電力因子の向上2017

    • 著者名/発表者名
      西村拓也
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 超高移動度補償半金属の単結晶合成と100万倍を超える磁気抵抗効果の観測2017

    • 著者名/発表者名
      横井滉平
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ワイル半金属TaAsにおける強磁場下電気抵抗率測定2017

    • 著者名/発表者名
      駒田盛是
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 層状ディラック反強磁性体EuMnBi2における元素置換を用いたキャリア濃度制御2017

    • 著者名/発表者名
      鶴田圭吾
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 多層ディラック電子系磁性体EuMnBi2のゼーベック・ネルンスト効果における量子振動現象2016

    • 著者名/発表者名
      鶴田圭吾
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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