強磁性トポロジカル結晶絶縁体の開発とその空間反転対称性からみた特性の解明

• 研究課題/領域番号: 26870086
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
• 研究協力者: 黒田 眞司 ; 藤澤 和輝 ; 山口 智也 ; 櫻井 隆太郎 ; 石川 諒 ; 伊藤 寛史 ; 中西 亮介 ; Fan Di ; 長谷川 修司 ; 木村 昭夫 ; 佐藤 仁
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014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 / トポロジカル結晶絶縁体 / スピン軌道相互作用 / 2次元伝導 / メゾスコピック / 光電子分光 / 磁性 / MBE / 角度分解光電子分光 / 磁性半導体 / 狭ギャップ半導体 / ワイル半金属 / 時間反転対称性 / スピントロニクス / 半導体 / 弱反局在効果 / ディラックコーン / 強磁性

研究成果の概要

本研究ではトポロジカル結晶絶縁体(TCI)において、その鏡映対称性がもたらすトポロジカル表面状態（TSS）について、磁性元素の添加による影響を探ることを目指した。まずは高品質単結晶薄膜SnTeにおいて2次元弱反局在効果を観測し、それがTSS由来であることを明らかにした。また補償元素Sb添加を行った所、バルクキャリア低減と、さらにp型・ｎ型両タイプの作製に成功した。その試料において角度分解光電子分光測定を行った結果、TSS由来のディラックコーンの観測に成功した。またSnTeへの磁性元素Mnのドーピングによって強磁性化することにも成功し、低Mn濃度試料では強磁性とTSSが両立しうることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Berry phase shift from 2π to π in Bilayer graphene by Li-intercalation and sequential desorption (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Yuma Takano, Yukihiro Endo, Satoru Ichinokura, Ryosuke Nakanishi, Kentaro Nomura, and Shuji Hasegawa
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1701.0393
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Shubnikov-de Haas oscillations in p and n-type topological insulator (BixSb1－x)2Te3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Kazuki Sumida, Satoru Ichinokura, Akio Kimura, Konstantin A. Kokh, Oleg E. Tereshchenko, Shuji Hasegawa
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1701.00137
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Origin of the large positive magnetoresistance of Ge1－xMnx granular thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Wakabayashi, R. Akiyama, Y. Takeda, M. Horio, G. Shibata, S. Sakamoto, Y. Ban, Y. Saitoh, H. Yamagami, A. Fujimori, M. Tanaka, and S. Ohya
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 1 ページ: 144171-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.014417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thin film growth of a topological crystal insulator SnTe on the CdTe (111) surface by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Ishikawa, Tomonari Yamaguchi, Yusuke Ohtaki, Ryota Akiyama, Shinji Kuroda
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 453 ページ: 124-129
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.08.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional quantum transport of multivalley (111) surface state in topological crystalline insulator SnTe thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: 2.Ryota Akiyama, Kazuki Fujisawa, Tomonari Yamaguchi, Ryo Ishikawa and Shinji Kuroda
  • 雑誌名: Nano Research 巻: 9 号: 2 ページ: 490-498
  • DOI: 10.1007/s12274-015-0930-8
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Depositon and characterization of amorphous alminum nitride thin films for a gate insulator (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Oikawa, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, I. Harayama, K. Nagashima, D. Sekiba, Y. Ashizawa, A. Tsukamoto, K. Nakagawa, N. Ota
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 574 ページ: 110-114
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2014.11.081
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transport properties of the Group-IV ferromagnetic semiconductor Gel-xFex with and without boron doping (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshisuke Ban, Yuki Wakabayashi, Ryota Akiyama, Ryosho Nakane, and Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 4 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4895109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Weak antilocalization in (111) thin films of a topological crystalline insulator SnTe (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Akiyama, K. Fujisawa, R. Sakurai, S. Kuroda
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 568 号: 5 ページ: 052001-052001
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/5/052001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural and magnetic characterization of (Zn,Fe)Te thin films grown by MBE (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishitsuka, T. Domon, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: 11 号: 7-8 ページ: 1312-1315
  • DOI: 10.1002/pssc.201300649
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of acceptor co-doping on magnetism and electronic states in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Zhang, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: 11 号: 7-8 ページ: 1324-1327
  • DOI: 10.1002/pssc.201300755
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric-field modulation of ferromagnetism in hexagonal chromium telluride thin film (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Akiyama, H. Oikawa, K. Yamawaki, S. Kuroda
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: 11 号: 7-8 ページ: 1320-1323
  • DOI: 10.1002/pssc.201300751
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体(Pb,Sn)Te薄膜のキャリア密度制御および表面状態観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大滝祐輔, 山口智也, 石川諒, 黒田眞司, 中西亮介, D. Fan, 秋山了太, 長谷川修司, 宮本幸治, 佐藤仁, 木村昭夫
  • 学会等名: 2017年春季日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] Si(111)-√3×√3-Bi上に成長したトポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜へのLiドーピング効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西亮介, 秋山了太, 鎮西弘毅, 長谷川修司
  • 学会等名: 2017年春季日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体超薄膜ヘテロ接合II (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西亮介, 秋山了太, 奥山裕磨, 高木康多, S. V. Eremeev, E. V. Chulkov, 横山利彦, 長谷川修司, 平原徹
  • 学会等名: 2017年春季日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] Fabrication and evaluation of high-quality PbxSn1-xTe thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山 了太、中西 亮介、ファン ディ、山口 智也、大滝 祐輔、石川 諒、黒田 眞司、木村 昭夫、佐藤 仁、長谷川 修司
  • 学会等名: 第二回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of Li-doping into topological crystalline insulator SnTe thin films on Si(111)-√3×√3-Bi (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西 亮介、秋山 了太、鎮西 弘毅、長谷川 修司
  • 学会等名: 第二回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-12-16
• [学会発表] Observation of the Shubnikov-de Haas oscillation in topological insulator (Bi1-xSbx)2Te3 flakes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Kazuki Sumida, Satoru Ichinokura, Akio Kimura, Konstantin Kokh, Oleg Tereshchenko and Shuji Hasegawa
  • 学会等名: IVC-20
  • 発表場所: 釜山（韓国）
  • 年月日: 2016-08-21
  • 国際学会
• [学会発表] Shubnikov-de Haas oscillations in n and p-type topological insulator (Bi1-xSbx)2Te3 flakes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, Kazuki Sumida, Satoru Ichinokura, Akio Kimura, Konstantin Kokh, Oleg Tereshchenko, and Shuji Hasegawa
  • 学会等名: NTTI2016 and NGS 17
  • 発表場所: ヴュルツブルク（ドイツ）
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Thin films of a topological crystalline insulator SnTe grown by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, R. Akiyama, and S. Kuroda
  • 学会等名: NTTI2016 and NGS 17
  • 発表場所: ヴュルツブルク（ドイツ）
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic properties of (Sn,Mn)Te thin films grown by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, R. Sakurai, T. Yamaguchi, R. Akiyama, S. Kuroda, A. Kimura, Y. Takeda, Y. Saitoh
  • 学会等名: PASPS-9
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature dependence of the electromotive force in the topological crystalline insulator SnTe induced by spin pumping (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本彬依, 山口智也, 石川 諒, 秋山了太, 若林勇希, 黒田眞司, 大矢 忍, 田中雅明
  • 学会等名: 2016年応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京都目黒区 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜へのAsドーピングによるキャリア密度の低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口智也, 石川 諒, 大滝祐輔, 秋山了太, 黒田眞司
  • 学会等名: 2016年春季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 分子線エピタキシー法により成長した(Sn,Mn)Te薄膜の磁化特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桜井隆太郎, 石川 諒, 山口智也, 秋山了太, 黒田眞司, 木村昭夫, 竹田幸治, 斎藤祐児
  • 学会等名: 2016年春季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] (BixSb1-x)2Te3における量子振動および量子コヒーレント輸送の観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太, 角田一樹, 一ノ倉 聖, 木村昭夫, Konstantin Kokh, Oleg Tereshchenko, 長谷川修司
  • 学会等名: 2016年春季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 極低温その場4端子電気伝導測定による2層グラフェンの輸送特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤由大, 一ノ倉 聖, 鈴木克郷, 菅原克明, 秋山了太, 高山あかり, 高橋 隆, 長谷川修司
  • 学会等名: 2016年春季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 原子ステップをもつトポロジカル絶縁体のin situ輸送特性観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福居直哉, 保原 麗, 高山あかり, 秋山了太, 長谷川修司
  • 学会等名: 2016年春季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] トポロジカル（結晶）絶縁体における電気伝導特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太
  • 学会等名: 第1回TIA連携プログラム「強磁場計測とデータ解析技術の融合によるエネルギーデバイス材料評価システムの確立に向けた基礎調査研究」オープンセミナー
  • 発表場所: 物質材料研究機構（茨城県つくば市）
  • 招待講演
• [学会発表] Properties of topological insulators probed by a magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太
  • 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）
  • 招待講演
• [学会発表] Si(111)√3×√3-Bi上におけるトポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の成長とその評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太, 中西亮介, 遠藤由大, 一ノ倉聖, 長谷川修司
  • 学会等名: 2016年秋季日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
• [学会発表] 分子線エピタキシー法による(Pb,Sn,Cr)Te薄膜の作製と磁性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川諒, 山口智也, 大滝祐輔, 秋山了太, 黒田眞司
  • 学会等名: 2016年秋季日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体(Pb,Sn)Te薄膜の角度分解光電子分光による表面状態観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口智也, 大滝祐輔, 石川諒, 黒田眞司, D. Fan, 秋山了太, 長谷川修司, 宮本幸治, 佐藤仁, 木村昭夫
  • 学会等名: 2016年秋季日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
• [学会発表] Two-dimensional quantum transport of multivalley (111) surface state in topological crystalline insulator SnTe thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太，藤澤和輝，山口智也，石川 諒，黒田眞司
  • 学会等名: 第一回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
  • 発表場所: 京都府京都市 京都大学
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] 2-dimensional transport of the topological surface state in SnTe(111) films (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryota Akiyama, K. Fujisawa, T. Yamaguchi, R. Ishikawa, and S. Kuroda
  • 学会等名: The 15th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-15)
  • 発表場所: 広島県広島市 広島国際会議場
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] 4端子電気伝導測定によるMnX/Bi2X3(X=Se,Te)薄膜の輸送特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 35.久保高幸, 中西亮介, 高山あかり, 福居直哉, 保原 麗, 秋山了太, 長谷川修司
  • 学会等名: 2015年秋季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 分子線エピタキシー法による(Sn,Mn)Te薄膜の作製と磁化特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桜井隆太郎, 山口智也, 石川 諒, 秋山了太, 黒田眞司, 木村昭夫, 竹田幸治, 斎藤祐児
  • 学会等名: 2015年秋季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] トポロジカル絶縁体(BixSb1-x)2Te3におけるin situおよびex situ電気伝導測定による表面状態の比較検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太, 一ノ倉 聖, 角田一樹, 木村昭夫, Konstantin Kokh, Oleg Tereshchenko, 長谷川修司
  • 学会等名: 2015年秋季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Pb/Ge(111)超薄膜における構造と輸送特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 32.花塚真大, 一ノ倉 聖, 保原 麗, 高山あかり, 秋山了太, 長谷川修司
  • 学会等名: 2015年秋季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 可視光レーザーを用いた表面ラシュバ系における光誘起電圧の円二色性：Bi表面および Bi吸着Ag表面 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石原大嵩, 福居直哉, 保原 麗, 高山あかり, 秋山了太, 平原 徹, 長谷川修司
  • 学会等名: 2015年秋季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Rashba系表面構造(Tl, Pb)/Si(111)における二次元超伝導：in situ電気伝導測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 一ノ倉 聖, A.V. Matetskiy, L.V. Bondarenko, A.Y. Tupchaya, D.V. Gruznev, A.V. Zotov, 保原 麗, 秋山了太, 高山あかり, A.A. Saranin, 長谷川修司
  • 学会等名: 2015年秋季日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Spin injection into the topological crystalline insulator SnTe using spin pumping (2015)
  • 著者名/発表者名: Akiyori Yamamoto, Tomonari Yamaguchi, Ryo Ishikawa, Ryota Akiyama, Yuki K. Wakabayashi, Shinji Kuroda, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 学会等名: 2015年応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Two-dimantional weak antilocalization in topological crystalline insulator SnTe thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akiyama, K. Fujisawa, T. Yamaguchi, R. Sakurai, and S. Kuroda
  • 学会等名: New Trends in Topological Insulators 2015
  • 発表場所: スペイン サンセバスチャン ミラマール宮殿
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTeおよびSnTe:I薄膜の電気伝導特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋山 了太、藤澤 和輝、山口 智也、桜井 隆太郎、黒田 眞司
  • 学会等名: 第2回「相互作用が生み出す新奇現象に関する研究会」
  • 発表場所: 広島大学東京キャンパス（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜における2次元表面電気伝導測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太，藤澤和輝，山口智也, 黒田眞司
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-20 – 2015-03-24
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体 SnTe 薄膜におけるヨウ素ドーピングによるキャリア密度制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤澤和輝、山口智也、秋山了太、黒田眞司
  • 学会等名: PASPS-19
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-12-19 – 2015-12-19
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Co)O における F ドーピングによる磁性への効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川諒、秋山了太、金澤研、黒田眞司、大渕博宣
  • 学会等名: PASPS-19
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の作製とその各種物性測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 秋山了太，藤澤和輝，黒田眞司
  • 学会等名: 第69回日本物理学会春季年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [備考] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/rakiyama/
• [備考] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Ryota_Akiyama
• [備考] 長谷川研究室HP
  • URL: http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/top_j.html
• [備考] 長谷川研ホームページ
  • URL: http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] Research Gate個人ページ
  • URL: http://researchmap.jp/rakiyama/
• [備考] research map
  • URL: http://researchmap.jp/rakiyama/
• [備考] 筑波大学黒田研究室
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kuroda_lab/gyouseki.html
• [備考] 東京大学長谷川修司研究室
  • URL: http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/top_j.html