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2022 年度 実施状況報告書

ビスマスナノワイヤーにおける特異な輸送現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0132
研究機関埼玉大学

研究代表者

長谷川 靖洋  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)

研究分担者 伏屋 雄紀  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00377954)
村田 正行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80717695)
小峰 啓史  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90361287)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2024-03-31
キーワードナノワイヤー / Bi / 平均自由行程
研究実績の概要

ナノスケール直径とミリスケール長さを同時に実現した単結晶Bi(ビスマス)製ナノワイヤーを用いて、トポロジカル絶縁体に代表されるようなスピン軌道相互作用が輸送現象に与える影響に注目し、1次元状態特有の輸送現象と電子状態を実験・理論の面から解明することを目的としている。研究を遂行するにあたり、世界に先駆けてナノワイヤーの開発と物性測定に成功した日本の研究グループが中心となり、物性測定用ナノワイヤーへのナノ加工と熱電物性測定を進め、伝導率,ゼーベック係数,ホール係数,ネルンスト係数測定より、その特異な電子物性挙動を明確にすることを試みた。
ナノワイヤーの低温領域における温度依存性について検証したところ、理論モデルより電子のフェルミ面が3つあることから、このうち最も移動度が早い電子ポケットの影響を強く受けることが定性的に明らかになり、実験結果をうまく説明できるようになった。このため、ナノワイヤーにおける特異な輸送現象については、現段階では、フェルミ面が3回対称であること,電子の有効質量が小さく、結果的にワイヤー側面での散乱によって平均自由行程が大きく制限されることで説明できることが明らかになった。

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

ビスマスナノワイヤーの輸送特性については、モデル計算ならびに実験の結果より、ビスマス特有の電子の3回対称性ならびに小さな有効質量による影響であることを確認でき、古典的な記述で物理を理解できる段階に達したため。

今後の研究の推進方策

残念ながら2022年度においても世界的なパンデミックの影響は残っており、強い国際共同研究を推進することは困難であった。単結晶Bi(ビスマス)製ナノワイヤーによる実験を軸にした国際共同研究を展開するため、2023年度に海外に長期滞在を進め、国際共同研究を進めていく。

次年度使用額が生じた理由

世界的なパンデミックの影響で、現地に長期間滞在した強い国際共同研究ができなかったため、2023年度に行うこととした。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ESPCI(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ESPCI
  • [国際共同研究] University of California, Berkeley/University of California, San Diego(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Berkeley/University of California, San Diego
  • [国際共同研究] University of Chile(チリ)

    • 国名
      チリ
    • 外国機関名
      University of Chile
  • [国際共同研究] Universitat Jaume I(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      Universitat Jaume I
  • [雑誌論文] Negative transverse magnetoresistance due to the negative off-diagonal mass in linear dispersion materials2023

    • 著者名/発表者名
      Awashima Yudai、Fuseya Yuki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 35 ページ: 19LT01~19LT01

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc15e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orbital magnetization of three-dimensional Dirac electrons in the quantum limit2023

    • 著者名/発表者名
      Kawamura Shogo、Fuseya Yuki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 35 ページ: 225801~225801

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc4a2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal of time domain impedance spectroscopy to determine precise dimensionless figure of merit for thermoelectric modules within minutes2022

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Yasuhiro、Takeuchi Mai
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 11697

    • DOI

      10.1038/s41598-022-15947-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of temperature dependencies of transport coefficients for a single-crystal bismuth wire with a 1.90-μm diameter2022

    • 著者名/発表者名
      Otsuka Mioko、Morita Hiroyuki、Arisaka Taichi、Hasegawa Yasuhiro
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 131 ページ: 214302~214302

    • DOI

      10.1063/5.0094649

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of resistivity and temperature coefficient of a single-crystal bismuth nanowire based on the varying scattering mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Yasuhiro、Yamashita Daisuke
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 065005~065005

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac646c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Room-temperature magnetoresistance in Ni78Fe22/C8-BTBT/Ni78Fe22 nanojunctions fabricated from magnetic thin-film edges using a novel technique2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaka Mizuki、Sasaki Yuma、Hayashi Kyohei、Misawa Takahiro、Komine Takashi、Akutagawa Tomoyuki、Fujioka Masaya、Nishii Junji、Kaiju Hideo
    • 雑誌名

      Nanoscale Advances

      巻: 4 ページ: 4739~4747

    • DOI

      10.1039/D2NA00442A

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Negative magnetoresistance and sign change of the planar Hall effect due to negative off-diagonal effective mass in Weyl semimetals2022

    • 著者名/発表者名
      Yamada Akiyoshi、Fuseya Yuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 205207 1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.205207

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-range permeation of wave function and superficial surface state due to strong quantum size effects in topological Bi/BiSb heterojunctions2022

    • 著者名/発表者名
      Asaka Yuya、Kikuchi Tatsuki、Fuseya Yuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 ページ: 245303 1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.245303

    • 査読あり
  • [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体素子の電圧制御磁化反転における書き込みエラー率の数値解析2023

    • 著者名/発表者名
      小峰啓史,綿引詩門,千葉貴裕
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 3ω法を用いたCuワイヤーの熱伝導率測定による離散フーリエ変換を用いた正弦交流電圧測定の検証2023

    • 著者名/発表者名
      兒玉 琴胡,長谷川 靖洋
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 熱リークを考慮したTDIS法による無次元性能指数評価2023

    • 著者名/発表者名
      高田 丈志,長谷川 靖洋
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] チューリング理論に基づいた原子スケールの自発的パターン形成機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      伏屋雄紀,勝野弘康
    • 学会等名
      日本結晶成長学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Bi/BiSb ヘテロ接合系の表面における長距離トンネル効2022

    • 著者名/発表者名
      浅香雄哉,菊地樹,伏屋雄紀
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] ディラック電子系とノーダルライン半金属における負の磁気抵抗2022

    • 著者名/発表者名
      粟島裕大,伏屋雄紀
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Fake surface states of topological heterojunction in the Bi/BiSb system2022

    • 著者名/発表者名
      Yuya Asaka, Tatsuki Kikuchi, Yuki Fuseya
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Negative magnetoresistance without topological effect in nodal line semimetals2022

    • 著者名/発表者名
      Yudai Awashima, Yuki Fuseya
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics
  • [学会発表] Orbital origin of negative magnetoresistance and planar Hall effect in Weyl electron system2022

    • 著者名/発表者名
      Akiyoshi Yamada, Yuki Fuseya
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体を活用した磁化ダイナミクスの電圧制御とその応用2022

    • 著者名/発表者名
      千葉貴裕,アレハンドロ・レオン,小峰啓史
    • 学会等名
      第240回研究会/第95回ナノマグネティックス専門研究会
  • [学会発表] Observation of spin signal in molecular nanojunctions utilizing magnetic thin-film edges at room temperature2022

    • 著者名/発表者名
      M. Matsuzaka, Y. Sasaki, K. Hayashi, T. Misawa, T. Komine, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii, H. Kaiju
    • 学会等名
      The 23rd RIES-Hokudai International Symposium

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公開日: 2023-12-25  

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