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2013 年度 実績報告書

新奇なスピン-軌道配置のバルク及び表面状態へのスピン流注入と応答現象

研究課題

研究課題/領域番号 13J03230
研究機関大阪大学

研究代表者

江口 学  京都大学, 大学院 工学研究科, 特別研究員(PD)

キーワードバルク・ラシュバ型結晶 / スピン軌道相互作用 / 動的スピン流注入法 / トポロジカル絶縁体 / 表面ディラック錐 / 電子輸送特性 / 2次元量子振動 / 幾何学位相
研究概要

【1】バルク・ラシュバ型結晶へのスピン注入とその応答現象
報告者が単結晶育成技術を確立したバルク・ラシュバ型結晶へのスピン注入を、動的スピン注入法であるスピンポンピングを用いて試みた。本物質はバルク全体で巨大なラシュバ型スピン軌道相互作用を持ち、これに起因する巨大なスピンホール効果が期待される一方で現時点でまだ信号の検出には至っていない。原因は現在調査中で、スピン源と物質の接合界面の乱れの影響がその有力な候補である。今後も検証を重ねて信号の検出を目指すとともに、バルク物質を扱うための基礎技術の確立とノウハウの蓄積を図る。
【2】トポロジカル絶縁体表面デラック錐へのスピン注入とその応答現象
現在までに報告されているトポロジカル絶縁体はバルク金属であるため、その表面金属状態に起因する新奇輸送現象の検証が困難であった。本研究では2013年に新たにフェルミ準位の制御が実現された、大きなバルク・バンドギャップを持ち理論との比較に最適と目されるタリウム系トポロジカル絶縁体に着目した。初年度である本年度は、申請書に記した試料取扱いの基礎技術の確立を目指し、本物質の大気暴露に対する安定性および幾つかの有機溶剤に対する試料の反応性を調べた。また表面金属状態を介したスピン輸送の実現に向け、まず基本的な電子輸送特性の解明を目指した。その結果、フェルミ準位制御された試料では実際にバルクが絶縁的であり、降温に伴って金属伝導性が顕著になることが分かった。さらに表面ディラック錐に特徴的な2次元量子振動および有限の幾何学位相の観測に成功した。本結果により、タリウム系トポロジカル絶縁体が表面スピン輸送の好適な舞台であることを実験で明らかにすることに成功した。現在までにバルク絶縁性が達成された物質がBiTeSe系のみであったことを考えると、本成果のインパクトは大きいと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

【1】【2】のいずれも、基礎学理の観点からは示唆に富む魅力的な舞台である一方で、その実験実証が容易ではないと考えられていた側面がある。本年度の研究により特に【2】について、一般に広く用いられる装置と平易な技術のみで表面ディラック錐を介した電子輸送を実現できたことは大きな意味を持ち、本物質を舞台とした電子・スピン輸送特性の研究と応用展開が広く期待される。以上の理由を踏まえ、①とする。

今後の研究の推進方策

【1】については、引き続きスピン輸送と信号検出のための基礎技術の確立を目指す。また長距離スピン輸送を想定した、他の物質を用いた技術確立も同時並行で進める。異なる物質と比較検証することで基礎学理の発展だけでなく制御、応用のために必要な課題を明確にする。【2】では本年度の電子輸送技術の確立に続き、スピン輸送技術の確立を目指す。具体的には微小結晶及び微細加工技術を用いた実験・研究を行う。また電子輸送特性についても測定技術の深化、精密化を図る。得られた結果をグラフェンにみられるディラック錐の性質と比較検証することで、ディラック錐を介した電子・スピン輸送に関し普遍的な知見が得られると考えている。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Phonon anomaly and anisotropic superconducting gap in noncentrosymme tric Li_2 (Pd_<1-x>)_3B2013

    • 著者名/発表者名
      江口学, D. C. Peets, M. Kriener, 米澤進吾, 包桂芝, 原田翔太, 稲田佳彦, 鄭国慶, 前野悦輝
    • 雑誌名

      Physical Review B Rapid Communications

      巻: 87 ページ: 161203 (R)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.161203

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence on superconductivity in the parity mixing superconductor Li_2T_3B (T : Pt, Pd) by non-magnetic impurity and defect doping2013

    • 著者名/発表者名
      包桂芝, 稲田佳彦, 江口学, 前野悦輝, 市岡優典, 鄭国慶
    • 雑誌名

      Physica C

      巻: 494 ページ: 95-98

    • DOI

      10.1016/j.physc.2013.04.059

    • 査読あり
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体TlBiSe_<2>の電子・スピン輸送特性2014

    • 著者名/発表者名
      江口学, 黒田健太, 白井開渡, 木村昭夫, 白石誠司
    • 学会等名
      日本物理学会2014年年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2014-03-28
  • [学会発表] 空間反転対称性の破れた超伝導体Li_<2>(Pd_<1-x>Pt_<x>)_<3>Bにおけるフォノン異常と異方的超伝導ギャップ2013

    • 著者名/発表者名
      江口学, D. C. Ppets, M. Kriener, 米滞進吾, 包桂芝, 原田翔太, 稲田佳彦, 鄭国慶, 前野悦輝
    • 学会等名
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第4回領域研究会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
    • 年月日
      2013-12-19
  • [学会発表] Rashba-type spin-orbit interaction and superconductivity in bulk crystals2013

    • 著者名/発表者名
      G. Eguchi, H. Watati, T. Sugiyama, E. Ikenaga, S. Yonezawa, Y. Maeno
    • 学会等名
      THE 58TH MMM CONFERENCE
    • 発表場所
      コロラド州デンバー, アメリカ
    • 年月日
      2013-11-04
  • [学会発表] Phonon anomaly and anisotropic superconducting gap in non-centrosymm etric Li_2 (Pd_<1-x>Pt_x)_3B2013

    • 著者名/発表者名
      G. Eguchi, D. C. Peets, M. Kriener, S. Yonezawa, G. Bao, S. Harada, Y. Inada, G. -q. Zheng, Y. Maeno
    • 学会等名
      2th International conference on topological quantum phenomena
    • 発表場所
      カルチャーリゾートフェストーネ(沖縄県)
    • 年月日
      2013-10-22
  • [備考]

    • URL

      http://cmp.kuee.kyoto-u.ac.jp/member_detail_eguchi_en.html

URL: 

公開日: 2015-07-15  

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