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2022 年度 研究成果報告書

2次元電子スピン検出器の開発と強磁性トポロジカル物質の研究

研究課題

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研究課題/領域番号 19H01845
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13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東北大学

研究代表者

相馬 清吾  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (20431489)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードトポロジカル絶縁体 / スピン分解光電子分光 / 磁性薄膜 / 希薄磁性半導体 / ワイル半金族
研究成果の概要

強磁性トポロジカル絶縁体(CrxSb1-x)2Te3について高分解能ARPESによりフェルミ面の明確なCrドープ依存性を見出し、状態密度を見積もった結果、強磁性機構の主要因はRKKY機構であると結論した。さらに、表面ディラック電子状態についてキュリー温度の前後の明確な変化を観測し、その変化はEFより上で100 meV程度の大きな磁性ギャップによるものと結論した。また、NdBiにおいて、磁気ドメイン分割したARPES実験に成功し、反強磁性相の表面ディラック電子状態がドメインに依存してギャップを形成する様子を観測し、この物質が反強磁性トポロジカル絶縁体であること実験的に確立した。

自由記述の分野

光電子固体物性

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、論争のあったトポロジカル絶縁体の強磁性機構について、電子構造の見地から明確な答えが得られた。今後、より高いTcをもつ強磁性トポロジカル絶縁体を理論設計する上で、本研究の知見は重要な指針となる。また、磁性転移と明確に連動するディラック電子状態は理論的には期待されていたことではあるが、実際にそのような物質は少なく、ディラック電子と磁性の関わりについて実験的混乱があったが、本研究の成果により理論の妥当性も証明された。これにより、磁性トポロジカル物質の研究と高機能物質探索が進み、省エネルギー技術や量子技術に貢献するような材料開発につながると期待される。

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公開日: 2024-01-30  

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