| 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、トポロジカル絶縁体候補物質CaAgAsの薄膜成長に取り組み、単相のCaAgAs薄膜を得ることに成功した。さらに、磁気抵抗効果にはトポロジカル絶縁体に特徴的な弱反局在効果が表れることが分かった。一方で、面内方向に数種類の結晶方位を持つドメインが存在し、薄膜の単結晶化が課題であった。
2年度目は単一ドメインのCaAgAs薄膜を成長させることを狙うと同時に、元素置換によるトポロジカル量子相転移の研究に取り組むことにした。まずは、AsサイトへのPドープを行い、ラインノード半金属への転移を検証することを目指した。しかし、結晶成長の困難さに加え、Pを使用することによってMBEチャンバに予期せぬ不具合が起こってしまった。そのため方針を転換し、CaAgAsに対する磁性不純物置換を試みた。AgサイトにFeをドープした薄膜を成長し、磁気抵抗効果を測定したところ、母物質で見られた低温での弱反局在効果が、弱局在効果に転じることが明らかになった。この変化は代表的なトポロジカル絶縁体であるBi2Se3などに磁性元素をドープした系で見られる現象と類似しており、時間反転対称性の破れに起因していると考えられる。従って、この結果は、CaAgAsがトポロジカル絶縁体であることを裏付けると共に、トポロジカルに自明な相への量子相転移を反映している可能性がある。今後は、この可能性を更に検証するため、非磁性不純物置換を行い、比較を行うことが必要である。
以上の結果の一部について、国内学会・研究会で報告を行った。
|
