新奇２次元トポロジカル絶縁体物質の実現とスピン分解ARPESによる電子状態解析

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01821
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分28030:ナノ材料科学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 菅原 克明 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70547306)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ２次元トポロジカル絶縁体 / 水素終端処理 / ARPES / MBE

研究成果の概要

Bi単原子層(ビスマセン)などの2DTI候補物質をMBE法を用いて作製しARPES実験を行うことで、それらのディラック電子物性およびトポロジカルに非自明なエッジ物性に関する研究を行った。2DTI作製のために半導体水素加熱装置を建設することで、清浄な水素終端SiC半導体表面を得ることに成功した。その表面にBi蒸着を行うことでビスマセン由来のLEED像を観測するとともに、ARPESによってビスマセン由来のホールバンドの観測に成功した。今後、ディラック電子におけるバンドギャップやエッジ物性解明を行う予定である。また本研究では、ヘテロ構造化による2DTIのディラック電子状態制御の新たな手法を開拓した。

自由記述の分野

光電子固体物性学

研究成果の学術的意義や社会的意義

2DTIを実験的に実現させ近年注目を集めているスピントロニクス分野へ応用展開を行うためには、成長する半導体基板のダングリングボンドを異なる原子で終端させ清浄な基板を得ることと、金属的な性質を持たない基板上に成長させることが強く求められる。本研究では、上記について解決することで、新たな2DTIを生成することが可能であり、2DTI特有のエッジ物性開拓に一つの道を開くことが可能となり、大きな意義を持つと研究者は考えている。