| 研究課題/領域番号 |
18J13570
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
濱崎 拡 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2020-03-31
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| キーワード | トポロジカル絶縁体 / 転位 |
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| 研究実績の概要 |
トポロジカル絶縁体とは、基本的には電気を通さない絶縁体であるが、表面やエッジにおいてのみ特殊な伝導状態を持つ物質であり、この表面・エッジ状態の持つ特異な性質のために、スピントロニクスなどへの応用が期待されている。通常のトポロジカル絶縁体は表面やエッジなどの限られた部分しか利用できないが、これにある条件を満たす結晶欠陥を導入すれば、結晶欠陥に沿っても同様の性質が付与されると期待されている。しかし、この実験的な検証は未だなされていない。
本研究では、トポロジカル絶縁体のひとつであるビスマスアンチモンにこの結晶欠陥を導入し、特殊な伝導状態が実現されるか否かを調べた。ビスマスアンチモンにおいて結晶欠陥の効果を調べる際の問題点は、結晶のところどころにおいて、結晶欠陥の様相や結晶そのものの組成が異なっている可能性があることである。この問題を解決するために、本研究では、試料を千分の一ミリメートル程度の微細なサイズに加工し、その試料直近の欠陥の様相や組成を調べたのちに、結晶欠陥が試料の電気的な性質に与える効果を検証した。
その結果、結晶欠陥を導入した試料の電気伝導率は、結晶欠陥を導入していない試料に比べておよそ５倍にもなることが分かった。また、対照実験として、特殊な伝導状態を伴わないような結晶欠陥を導入し同様の実験を行ったところ、電気伝導率は、欠陥を導入していない試料と比較してむしろ高くなることが分かった。
これらの結果は、従来は表面やエッジにのみ現れると考えられていた伝導状態が、結晶内部にも導入可能であることを示唆する重大な実験結果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
マイクロメートルサイズの試料の測定を行うにあたって、測定系が小さいことによる影響から、当初予期していた以上に対処すべき問題点が浮かび上がったが、すべて適切な対処法を検討し解決されたため、研究はおおむね順調に進展した。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までの試料加工では、試料は台形柱型にならざるを得ないため、ホール測定などのより詳細な電気特性の特定ができなかった。今後は試料加工に段階を設けることで直方体型のマイクロメートルサイズ試料を作成し、ホール移動度やキャリア密度などの特性についても調査していく。また、結晶欠陥導入の方法についてもさらに改善を加え、より簡潔な様相の結晶欠陥を有する試料を作成していく予定である。
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