| 研究課題/領域番号 |
19K03710
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
中村 大輔 東京大学, 物性研究所, 助教 (70613628)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ナローギャップ半導体 / 超強磁場 / 鉄シリサイド / 電気伝導 / 高周波 |
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| 研究実績の概要 |
ナローギャップ半導体FeSiの超強磁場下における物性を明らかにすることを最終目標とする本研究では、当初の計画では２年目において、超強磁場中における磁化測定を行うことにより磁場誘起半導体-金属転移に伴う磁気特性の変化を調べることを目標としていた。一方で、１年目に測定した420テスラに至る超強磁場中での磁気抵抗のふるまいに関して、270テスラでの磁場誘起半導体-金属転移が発見され、さらに低磁場において磁気抵抗が異常を示す特徴的な磁場があることがわかった。そのため、異なる温度において電気伝導度の磁場依存性を調べて温度-磁場相図を作成することにより、複数の相境界がどのように温度変化するのかを明らかにし、それぞれの磁場誘起相の詳細を明らかにすることが、FeSiの超強磁場における物性を明らかにする上でより重要であると考えた。
そのため、２年目では測定温度を変えつつ、500テスラに至る超強磁場下での電気伝導度測定を行った。その結果、温度-磁場相図を作成して相転移磁場の温度変化を明らかにした。200テスラ以下における磁場誘起相では正の磁気抵抗効果を示し、80Kに昇温するに従い相転移磁場はゼロに漸近する。一方で、270テスラでの半導体-金属転移磁場は6Kから53Kまでほとんど有意な温度依存性を示さないことが明らかになった。このことは、FeSiの電気伝導特性を支配する電子の伝導メカニズムが２種類存在することを示唆しており、混成ギャップ間の熱励起およびインギャップ状態間のホッピング伝導がその可能性として考えられる。
また、類縁物質の磁場誘起半導体-金属転移を調べることによって強相関ナローギャップ半導体に関する包括的な知見を得るため、FeSb2の単結晶育成を開始し、フラックス法による試料の合成に成功した。
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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
測定温度の異なる系統的な超強磁場下での電気伝導度測定によって、初めて温度ー磁場相図上での磁場誘起相のふるまいが明らかになった。そのため、FeSiの超強磁場物性の理解という観点では、本研究課題はおおむね順調に進展していると考えられる。さらに、新しい視点での研究として、これまでに経験のないナローギャップ半導体の単結晶育成に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
３年目では、当初の計画では超強磁場中における熱起電力測定や磁化測定を行うことを計画していたが、年度始めより研究代表者の所属が東京大学物性研究所から理化学研究所へと移り、物性研究所が所有する超強磁場発生装置を内部ユーザーとして頻繁に使用することができなくなった。一方で、理化学研究所では新物質合成を得意とするグループに所属することになったため、２年目の終わりに着手したFeSiの類縁物質の合成に関して引き続き検討し、純良な試料の育成に成功した場合には、外部からの共同実験として物性研究所のパルスマグネットを用いた磁場誘起半導体-金属転移に関する研究を行うことを考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究代表者の所属研究機関が変更になったために、研究計画に若干の修正が生じたためそれに合わせて購入する実験機器なども計画の見直しをすることになり、次年度使用額が生じた。物質合成を主軸に置いた研究機器、及び新しい所属研究機関での研究環境の構築のために助成金を使用する計画である。
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