ガスソース分子線エピタキシーによる強磁性二次元電子の量子伝導研究

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01878
• 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29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 高橋 圭 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (90469932)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 分子線エピタキシー / 酸化物薄膜 / 量子伝導 / 強磁性 / スピン偏極電子

研究成果の概要

EuTiO3薄膜の高品質化により、磁性半導体の量子伝導と量子ホール効果の観察を目指した。
LSAT基板上の圧縮歪み薄膜において、磁化過程においてバンドのワイル・ノードがフェルミエネルギーを横切ることで異常ホール効果が特異な振る舞いを示すことを発見した。
格子定数のミスマッチのないSrTiO3基板上への高温成長によって、移動度がこの系で世界最高の3200cm2V-1s-1を示す薄膜の成長に成功した。明瞭なシュブニコフドハース振動の観察に成功し、第一原理計算の結果の比較により伝導電子が100%スピン偏極した２つのバンドを占有していることが明らかになった。

自由記述の分野

酸化物エレクトロニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

磁性半導体はスピントロニクス応用材料として期待されている。スピントロニクスは電子のスピン自由度をデバイスに応用するが、電子には量子効果、つまり電子の波の性質がある。この量子効果を使うことで電子に機能をさらに持たせることができる。通常、磁性半導体は磁性不純物をドープするためその不純物散乱により移動度が低下し、電子の波の性質を反映した量子干渉効果を観察することは困難であった。磁性半導体EuTiO3が量子常誘電体であり電子ドープしたときの移動度が高いことに注目し、スピン偏極電子の量子伝導の観察に成功した本研究は、今後スピントロニクスに量子効果を取り入れた応用研究への貢献が期待できる。