| 研究課題/領域番号 |
19H02592
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
坂本 一之 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)
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| 研究分担者 |
黒田 健太 東京大学, 物性研究所, 助教 (00774001)
小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
内橋 隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354331)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | トポロジカル物質 / 原子層物質 / 光誘起ドーピング / スピン偏極電子バンド / スピン軌道相互作用 / 空間反転対称性 / 光電子分光 / 超伝導体 / トポロジカル絶縁体 / 局所ドーピング / スピントロニクス / 走査トンネル顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体の中は絶縁体だがその表面のみが金属的であるトポロジカル絶縁体を用いた次世代高機能半導体スピントロニクスデバイスを実現するには、同試料への簡便で安定なドーピング方法の確立が不可欠である。本研究では、研究代表者が見出したフォトリソグラフィーのように簡便で大気中でも安定な「光誘起ドーピング」という全く新しい技法を確立し、トポロジカル絶縁体の電子状態を局所的に制御することでスピントロニクスデバイスの具現化に道筋をつける。
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| 研究成果の概要 |
n型トポロジカル絶縁体への光照射で試料に精度良くホールがドープされることを明らかにし、光誘起ドーピングによる同試料を用いたスピントロニクス素子の創出に不可欠であるナノメートルスケールで電子状態制御にも成功した。このドーピングが、不純物吸着でわずかに正に帯電した試料表面上に水を曝露し後、最外層原子の内殻準位を光励起することで生じることと、光の照射量を変えることでn型トポロジカル絶縁体をp型に変えられることも明らかにした。また、原子層超伝導体のスピン偏極電子バンドの起源を解明するとともに、有機分子吸着によるそのバンドのエネルギー準位の調整でできることで、トポロジカル超伝導体の創出の可能性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
学術的意義として、これまで報告のないトポロジカル絶縁体への全く新しいドーピング機構の解明がまず挙げられる。異種原子の吸着などによるドーピングはこれまで報告されているが、そのいずれも安定性やドープ量の制御に問題があった。光誘起ドーピングは、この両方の問題を解決している。また、原子層物質のスピン偏極電子の起源が軌道角運動量であることを示した結果も同物質の物性研究に大きく貢献するものであり、学術的意義が高い。社会的意義に関しては、現代社会において喫緊の課題である日々爆発的に増加している情報量の処理ができるデバイスの創出に関し、得られた研究結果が道筋をつけたことが挙げられる。
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