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強磁場・高圧下で実現する半金属の量子極限における電子状態の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16J04781
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物性Ⅱ(実験)
研究機関東京大学

研究代表者

秋葉 和人  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード強磁場 / 圧力 / 半金属 / 半導体 / グラファイト / 非破壊型パルス強磁場 / 超音波測定 / 黒燐 / 電気伝導測定
研究実績の概要

本年度は、東京大学物性研究所の三宅厚志助教と協力して、パルス強磁場下で使用可能な非金属材料製のダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いた半金属黒燐の磁気抵抗の角度依存測定に取り組んだ。前年度までに、Bridgman型圧力セルでは黒燐の半導体-半金属転移圧力に到達できないことが分かっていたが、より試料空間の小さなDACを用いることでこの問題を克服し、1.4および1.6 GPaにおける26 Tまでの磁気抵抗の角度依存性を得ることに成功した。得られたデータにはShubnikov-de Haas(SdH)振動と思われる非単調な構造が見られており、それが磁場印加方向を変えることで変化する様子が確認できた。振動構造が非常に小さいために周波数解析が難航しているが、今後解析を進めることで半金属黒燐のFermi面の解明が進展することが期待できる。

また磁場(B)方位がB || a軸かつ1.6 GPaにおける磁気抵抗のデータでは、20 T以上の磁場領域において抵抗の上昇傾向を観測した。前年度までに得た定常磁場下の結果に基づけば、B || a軸かつ1.6 GPaでは10 T程度で量子極限状態が実現しており、20 T以上での抵抗上昇はSdH振動では説明できない。従ってこの振る舞いは、より強磁場下で起こる何らかの振る舞いの前駆現象を捉えている可能性がある。この振る舞いを理解するためには、今後より強磁場下での実験あるいは圧力によってキャリア数をより精密に制御した実験が必要であると考えられる。
さらに本研究から派生する形で、東工大、ESPCI Parisなどのグループと協力して黒燐における熱伝導に関する研究を行った。その結果、黒燐におけるフォノン流がポアズイユ流として知られる流体力学的流れに従うことを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Universite Paris-Saclay/College de France/ESPCI Paris(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Universitat zu Koln(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Large magneto-thermopower in MnGe with topological spin texture2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujishiro, N. Kanazawa, T. Shimojima, A. Nakamura, K. Ishizaka, T. Koretsune, R. Arita, A. Miyake, H. Mitamura, K. Akiba, M. Tokunaga, J. Shiogai, S. Kimura, S. Awaji, A. Tsukazaki, A. Kikkawa, Y. Taguchi, Y. Tokura
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-018-02857-1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum Hall states in thin films of Dirac semimetal Cd3As22017

    • 著者名/発表者名
      M. Uchida, Y. Nakazawa, S. Nishihaya, K. Akiba, M. Kriener, Y. Kozuka, A. Miyake, Y. Taguchi, M. Tokunaga, N. Nagaosa, Y. Tokura, and M. Kawasaki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-017-02423-1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-carrier analyses of the transport properties of black phosphorus under pressure2017

    • 著者名/発表者名
      K. Akiba, A. Miyake, Y. Akahama, K. Matsubayashi, Y. Uwatoko, and M. Tokunaga
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 95 号: 11

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.115126

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 圧力下の半金属黒燐における異常量子伝導2016

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 三宅厚志, 徳永将史, 赤浜裕一
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 51 ページ: 249-258

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Quantitative Evaluation of "Diracness" from the Quantum Oscillations in PbTe2018

    • 著者名/発表者名
      K. Akiba, A. Miyake, H. Sakai, K. Katayama, T. Sakamoto, N. Hanasaki, S. Takaoka, Y. Nakanishi, M. Yoshizawa, Y. Uwatoko, and M. Tokunaga
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pb1-xSnxTeの強磁場物性2017

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 坂本拓也, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 中西良樹, 吉澤正人, 上床美也, 徳永将史
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 単元素半導体Teの強磁場・圧力下における電気伝導特性2017

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人、三宅厚志、小林夏野、郷地順、上床美也、徳永将史
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] The evaluation of Diracness in Pb1-xSnxTe from the quantum oscillation phenomena in magnetic fields2017

    • 著者名/発表者名
      K. Akiba, A. Miyake, H. Sakai, K. Katayama, T. Sakamoto, N. Hanasaki, S. Takaoka, Y. Nakanishi, M. Yoshizawa, Y. Uwatoko, and M. Tokunaga
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強磁場下の量子振動現象から見るPbTeのDiracness2016

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 中西良樹, 吉澤正人, 徳永将史
    • 学会等名
      第二回ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-11-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パルス強磁場下におけるIV-VI族化合物PbTeの輸送特性2016

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 徳永将史
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 磁場・圧力下の半金属黒燐における量子輸送現象と電子状態2016

    • 著者名/発表者名
      秋葉和人, 三宅厚志, 赤浜裕一, 松林和幸, 上床美也, 徳永将史
    • 学会等名
      東京大学物性研究所短期研究会 「強磁場コラボラトリー、国際協力と強磁場科学」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2016-06-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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