逆スピンホール効果を利用したトポロジカル絶縁体中の純スピン流の計測

• 研究課題/領域番号: 25600076
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 白石 誠司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397682)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: トポロジカル絶縁体 / スピン偏極状態 / スピン運動量ロッキング / スピンエレクトロニクス / スピン偏極 / ヘリカルカレント / 逆スピンホール効果

研究成果の概要

３次元トポロジカル絶縁体の中でもバルク絶縁性を有するBiSebTeSeを対象材料に、このトポロジカル絶縁体表面のスピン運動量ロッキングに起因するスピン偏極状態を観測することを目的として研究を遂行した。当初想定していた手法ではないものの、この材料系において150Kまでのスピン偏極状態の観測に世界で初めて観測することに成功し、米国化学会の権威ある学術誌であるNano Letters誌（インパクトファクター：12.9)に論文は掲載され、多くの招待講演依頼を受けるなど、研究成果は大きな関心を集めることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical Detection of the Spin Polarization Due to Charge Flow in the Surface State of the Topological Insulator Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ando(Kyoto Univ.), T. Hamasaki, T. Kurokawa, K. Ichiba, F. Yang, M. Novak, S. Sasaki, K. Segawa, Y. Ando, M. shiraishi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 14 号: 11 ページ: 6226-6230
  • DOI: 10.1021/nl502546c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Shubnikov–de Haas oscillations and nonzero Berry phases of the topological hole conduction in Tl1－x Bi1+x Se2 (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, K. Kuroda, K. Shirai, A. Kimura, M. Shiraishi
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid Communications 巻: 90 号: 20 ページ: 201307-201307
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.201307
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Detection of Surface Spin Current in 3-D Topological Insulator, BiSbSeTe (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Shiraishi
  • 学会等名: DPG Spring Meeting 2015
  • 発表場所: ドイツ ベルリン
  • 年月日: 2015-03-17
• [学会発表] Electrical detection of the Spin Polarized current due to spin-momentum locking in the surface state of the topological insulator Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Ando
  • 学会等名: 59th Annual conference on MMM
  • 発表場所: Honolulu,Hawai
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] Comparison of the spin injection/extraction efficiencies between bulk-insulating and –metallic topological insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Hamasaki
  • 学会等名: 59th Annual conference on MMM
  • 発表場所: Honolulu,Hawai
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] Fabricaiton of ferromagnetic/topological insulator spin devices for detection of spin current in topological surface state (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hamasaki, Yu. Ando, Yo. Ando, M. Shiraishi(最優秀ポスター賞受賞）
  • 学会等名: <International workshop for young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Semmetries
  • 発表場所: ムーンオーシャン宜野湾 ホテル＆レジデンス（沖縄県）