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2016 年度 実績報告書

薄膜組成制御によるトポロジカル量子相転移の物理構築

研究課題

研究課題/領域番号 16H06860
研究機関名古屋大学

研究代表者

浦田 隆広  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (30780530)

研究期間 (年度) 2016-08-26 – 2018-03-31
キーワードトポロジカル絶縁体 / ラインノード半金属 / 薄膜 / 量子相転移
研究実績の概要

本研究では、トポロジカル絶縁体及びラインノードディラック電子系として提唱されているCaAgX(X = As, P)に着目し、Xサイトを置換することでトポロジカル相間での量子相転移を観測することを目的としている。
初年度は、分子線エピタキシー(MBE)法を用い、基準物質として据えたトポロジカル絶縁体候補物質CaAgAsの薄膜成長に取り組んだ。その結果、単相のCaAgAs薄膜の成長に成功した。しかし、面内の配向性を調べてみると、いくつかのドメインタイプが存在している事が明らかになった。膜質を向上させるため、成長条件を見直し、特定の基板を用いることでドメインタイプを減らすことに成功した。その結果、磁場中輸送特性からは、トポロジカル絶縁体に特徴的である弱反局在効果として理解できる振る舞いを観測した。膜厚依存性からも、表面伝導の存在を示唆する結果を得た。しかし、印加磁場方位依存性や理論モデルによるフィッティング結果は、2次元表面伝導で期待されるものとは異なっており、これは表面のラフネスに起因していると考えられる。上記実験と並行し、CaAgP薄膜の成長を行った。こちらも単相の薄膜成長に成功し、磁気抵抗効果からは通常の金属でよく見られる2次曲線的な磁場依存性を観測した。これはスピン軌道相互作用がAsからPにすることで減少し、弱反局在効果が消失したことを示唆する。今後はこれら2つの系の混晶を形成し、置換量に対する輸送特性の変化から、量子相転移を調べていく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

MBE装置の不具合等も相まって、CaAgAs薄膜の膜質向上に想定外に多くの時間を費やしてしまい、CaAgPや混晶系CaAg(As,P)の成長が遅れている。一方で、比較的短期間でCaAgPの単相薄膜が得られたことは特筆すべきであり、今後の加速的な進展が期待できる。

今後の研究の推進方策

まずは母物質であるCaAgAs及びCaAgPの膜質を更に向上させたい。本系は六方晶の主軸が面内を向く形で成長しやすいことが分かったので、配向性の向上のために、あえて対称性の低い基板を用いる。並行し、混晶系CaAg(As,P)の薄膜成長を行い、磁場中輸送特性の測定・解析を行う予定である。以上を通し、トポロジカル相間の相転移を議論する。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (3件)

  • [学会発表] トポロジカル絶縁体候補物質CaAgAs薄膜の分子線エピタキシー成長2017

    • 著者名/発表者名
      太田隼輔、中村伊吹、浦田隆広、畑野敬史、飯田和昌、生田博志
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体CaAgAs薄膜の分子線エピタキシー成長2017

    • 著者名/発表者名
      中村 伊吹, 太田 隼輔, 浦田 隆広, 畑野 敬史, 飯田 和昌, 生田 博志
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会 ―材料・プロセス・デバイス特性の物理 (第22回研究会)
    • 発表場所
      東レ研修センター
    • 年月日
      2017-01-19 – 2017-01-21
  • [学会発表] Magnetotransport properties of CaAgAs thin films: a candidate topological insulator2016

    • 著者名/発表者名
      T. Urata, I. Nakamura, S. Ohta, T. Hatano, K. Iida, and H. Ikuta
    • 学会等名
      第2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
    • 年月日
      2016-12-16 – 2016-12-18

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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