| 研究実績の概要 |
磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造薄膜(Cr,Bi,Sb)_2Te_3/(Bi,Sb)_2Te_3/(Cr,Bi,Sb)_2Te_3をドーナツ型に加工した試料を用いて、ラフリン電荷ポンプを観測した。ラフリン電荷ポンプは、ドーナツ型の試料の中心穴を通過する磁束を変化させることで、電荷を動径方向へ輸送する現象である。電荷はトポロジカル絶縁体の表・裏の表面状態を介して輸送されるが、表面状態には磁気ギャップが開いているため、電荷はエネルギー散逸なく輸送される。磁場を数ヘルツの低周波数で振動させ、ラフリン電荷ポンプによって誘起される交流電流をコンデンサへ流し、コンデンサの両端に生じる電圧を測定した。電圧と交流磁場振幅の比は周波数に寄らず一定値をとることを観測した。この比の値からトポロジカル絶縁体の表と裏の寄与を合わせた表面ホール伝導率を求めることができる。試料が量子異常ホール状態にある場合には、表面ホール伝導率は量子コンダクタンスe2/hとよく一致した。一方、試料がアクシオン絶縁体状態にある場合には、表面と裏面の寄与が相殺することにより、表面ホール伝導率はゼロとなった。これらの結果は、磁性トポロジカル絶縁体表面の表面ホール伝導率が１枚あたりe2/2hに半整数量子化していることを示している。ホール伝導率の半整数量子化は、磁気ギャップを有する単一ディラック電子系において理論的に予測されている重要な帰結の一つであり、今回の研究はその特徴を捉えたものと言える。
|
